Wann tritt Kondensation auf bei einer wand und einem Gas?
Wenn ein Gas mit einer Wand in Berührung kommt, deren Temperatur unter der Sättigungstemperatur des Gases liegt.
→ Das Gas wird an der Wand flüssig.
Warum ist reale Kondensation meist mit Unterkühlung verbunden?
Zur Bildung einer neuen Phasengrenze wird Oberflächenenergie benötigt.
→ Deshalb ist eine gewisse Unterkühlung notwendig, um stabile Keime zu bilden.
Was unterscheidet homogene von heterogener Kondensation?
Homogen: Keimbildung im Gasvolumen
Heterogen: Keimbildung an gekühlten Wänden oder Partikeln
In technischen Anwendungen dominiert heterogene Kondensation.
Was ist Tropfenkondensation?
Was ist Filmkondensation?
Tropfenkondensation:
Kondensat bildet einzelne Tropfen auf der Oberfläche.
→ sehr hoher Wärmeübergang → kaum thermischer Widerstand
Filmkondensation:
Es bildet sich ein zusammenhängender Flüssigkeitsfilm, der an der Wand herunterfließt.
→ zusätzlicher Wärmewiderstand → geringerer Wärmeübergang
Warum ist Filmkondensation thermisch ungünstiger?
Der Flüssigkeitsfilm wirkt als zusätzliche Wärmedämmschicht.
→ Wärme muss durch den Film geleitet werden.
Welche Annahmen macht Nußelt zur Nußelt-Theorie (1916)?
senkrechte Wand
stationär
ruhender Dampf = Um nur den Einfluss der Schwerkraft auf den Flüssigkeitsfilm zu betrachten.
→ keine Schubspannungen vom Dampf
konstante Wandtemperatur
schleichende (laminare) Filmströmung
Wärmetransport im Film nur durch Leitung
Welche Kräfte wirken im Kondensatfilm?
Schwerkraft
Druckgradient
viskose Schubspannungen
Warum ist die Strömung im Film laminar?
Weil die Geschwindigkeiten klein sind und die Filmdicke gering ist.
→ kleine Reynolds-Zahl des Films
Wie sieht das Geschwindigkeitsprofil im Film aus?
Parabolisch.
u = 0 an der Wand (Haftbedingung)
maximale Geschwindigkeit an der Filmoberfläche
Warum ist die Schubspannung an der Filmoberfläche null?
Weil der Dampf als ruhend angenommen wird.
Wie ändert sich die Filmdicke entlang der Wand?
Sie nimmt mit der Wandhöhe zu.
→ mehr Kondensat sammelt sich an → δ(x) wächst
Warum hat δ(x) bei x = 0 eine waagerechte Tangente?
Am Eintrittspunkt ist der Film noch sehr dünn.
→ Wachstum beginnt mit null Steigung.
Wie wird der lokale Wärmeübergangskoeffizient berechnet?
α(x) = λ / δ(x)
→ dünner Film = hoher Wärmeübergang
Wie ändert sich α(x) entlang der Wand?
Er nimmt nach unten ab.
→ Film wird dicker → größerer Widerstand
Wovon hängt der mittlere Wärmeübergangskoeffizient ab?
Verdampfungsenthalpie
Dichteunterschied (Flüssigkeit – Dampf)
Viskosität
Wärmeleitfähigkeit
Wandhöhe
Welche charakteristische Exponentenabhängigkeit ergibt sich?
α_m ~ H^(-1/4)
→ größere Wandhöhe → geringerer mittlerer Wärmeübergang
Was passiert bei langen Laufstrecken?
Der Film wird zunächst wellig, später turbulent.
Wie wirkt sich Welligkeit aus?
Sie erhöht den Wärmeübergang.
→ bessere Durchmischung
→ geringerer thermischer Widerstand
Welche Kennzahl beschreibt den Filmzustand?
Film-Reynolds-Zahl.
Was ist der Unterschied zwischen laminarer und turbulenter Filmkondensation?
Laminar: rein leitender Wärmetransport im Film
Turbulent: zusätzlicher Mischtransport → höherer α
Warum verschlechtern Inertgase den Wärmeübergang?
Sie bilden eine Diffusionsbarriere zwischen Dampf und Film.
→ Stofftransport wird begrenzt → geringere Kondensationsrate
Warum ist Kondensation am Rohr anders als an einer Wand?
Die Schwerkraft wirkt nicht überall gleich stark entlang der Oberfläche.
Filmverteilung ist nicht homogen.
Wo ist der Film am dicksten?
Am unteren Teil des Rohres
Wie hängt der Wärmeübergang vom Rohrdurchmesser ab?
Kleinere Durchmesser → höherer Wärmeübergang.
Was unterscheidet Außen- von Innenkondensation?
Bei Innenkondensation beeinflusst die Strömungsform den Wärmeübergang stark.
Welche Strömungsformen treten bei Innenkondensation auf?
Nebelströmung
Ringströmung
Pfropfenströmung
einphasiges Kondensat
Warum ist die Berechnung in Rohren komplexer?
Weil Mehrphasenströmung + Strömungsregime + Massenstrom berücksichtigt werden müssen.
es gibt unterschiedliche WÜ-Koeffizienten je nach Strömungsform -> abschnittweise rechnung
Was ist der grundlegende Unterschied zwischen Sieden und Kondensation?
Kondensation: Dampf → Flüssigkeit
Sieden: Flüssigkeit → Dampf
Beide beinhalten Phasenwechsel und Verdampfungsenthalpie.
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