PT Unknown
AU Lapp, F
TI Experimentelle Validierung eines analytischen Modells zur Beschreibung der  Kondensation schubspannungsgetriebener Wasserfilme
PD 10
PY 2024
DI 10.17185/duepublico/82477
LA de
DE Dampfturbine; Kondensation; Flüssiger Wasserfilm; Experimentelle Validierung; Cess; Koh
AB Bedingt durch den Anstieg der Volatilität in den Stromverteilnetzen, verursacht durch den wachsenden Anteil der regenerativen Stromerzeugungsanlagen, sind konventionelle Kraftwerksanlagen vermehrt dynamischen Fahrweisen unterlegen. Die führt dazu, dass Komponenten, wie die Dampfturbine zusätzlichen Belastungen ausgesetzt sind. Hierzu zählen u.a. Kondensationseffekte innerhalb des Turbinengehäuses, deren Vorhersagbarkeit für den Betrieb und die Beurteilung der Lebensdauer der Maschinen unerlässlich sind. Zur Beurteilung der Konstruktion und Widerstandsfähigkeit des Turbinengehäuses wird der Kondensatmassenstrom und der dadurch verursachte Wärmeeintrag in die Struktur benötigt. Hierzu kann unter anderem ein bisher nicht validiertes Kondensationsmodell genutzt werden, das in den 1960er-Jahren von Cess und Koh zur Vorhersage der Filmdicke des Kondensatmassenstromes und des Wärmeüberganges entwickelt wurde. Das Ziel dieser Arbeit ist die experimentelle Validierung und Anpassung dieses Modells zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit und -zuverlässigkeit der Kondensationsmodellierung. Zunächst wird das Modell in einer Übersicht der relevantesten Kondensationsmodelle eingeordnet. Ergänzend dazu werden die bisherigen experimentellen Untersuchungen auf dem Gebiet präsentiert und zum Modell in Bezug gesetzt. Im Anschluss wird das Cess/Koh-Modell hergeleitet. Auf dieser Basis wird die eigens entwickelte, experimentelle Versuchsanordnung sowie die eingesetzte Messtechnik erläutert. In mehreren Versuchskampagnen werden die strömungsseitigen Modellgrößen wie Filmdicke und Filmgeschwindigkeit an der Phasengrenze sowie die Wärmeübergangsgrößen wie Wärmestromdichte und Wärmeübergangskoeffizient unter Variation der Dampfgeschwindigkeit untersucht. Die vorhergesagten Modellgrößen werden dann mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Hierbei wird offensichtlich, dass die Modellvorhersagen qualitativ bestätig werden können, jedoch quantitativ zu hohe Werte vorausgesagt werden, was auf eine zu hoch angenommene Schubspannung zwischen Dampf- und Flüssigphase zurückgeführt werden kann. Schlussendlich werden die Modellgleichungen mithilfe der experimentellen Daten optimiert, sodass durch diese Arbeit ein experimentell validiertes und direkt anwendbares Modell bereitgestellt wird.
ER