Experimentelle Untersuchungen zur Fluiddynamik und Wärmeübertragung an Rieselfilmen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes

Studienarbeit aus dem Jahr 2010 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1,0, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung der RWTH Aachen), Sprache: Deutsch, Abstract: In vielen technischen Anwendungen kommen Rieselfilme zum Einsatz. Dies sind dünne Flüssigkeitsfilme, die an einer Wand entlang strömen. Derartige Filme können entweder über die Wand oder die Gasphase beheizt werden.
Rieselfilme kommen in der Industrie im Wesentlichen in der Verfahrenstechnik (z.B. Fallfilmverdampfer) und Energietechnik (z.B. bei Meereswärmekraftwerken) zum Einsatz. Im Fokus der Forschung steht heute die Hydrodynamik und die Intensivierung der Wärmeübertragung an den Rieselfilm.
Grundsätzlich werden zur Zeit drei Möglichkeiten verfolgt, die Wärmeübertragung von derWand zum Film zu verbessern. Eine Methode ist die Realisierung sehr dünner Filme. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass dünne Filme zur Instabilität neigen. Zerstörung führen.
Eine andere Methode ist die Strukturierung der Wandoberfläche. In [Helbig, 2007] wurde herausgefunden, dass ein Film, welcher über eine strukturierte Oberfläche strömt, im Vergleich zu einer unstrukturierten Oberfläche einen größeren residualen Bereich aufweist.
Desweiteren kann auch ein elektrisches Feld die Wärmeübertragung in Rieselfilmen verbessern. Befindet sich ein dünner Film unter dem Einfluss eines solchen Feldes, so wird die Fluiddynamik dadurch beeinflusst. Insbesondere verändert sich die lokale Filmdicke.
Diese Änderung ist durch eine elektrische Volumenkraft und einen zusätzlichen Druck auf die Filmoberfläche begründet.
Ein Nutzen einer solchen Technologie wäre die Möglichkeit kompaktere Wärmeübertrager bauen zu können.
Um den Einfluss elektrischer Felder auf die Hydrodynamik zu untersuchen, sind Informationen über die lokale Filmdicke und deren zeitliche Änderung notwendig. Dazu wird vermehrt die Methode der chromatischen konfokalen Abstandsmessung (CCI) eingesetzt. Diese Methode nutzt die Dispersion des Lichtes um Abstände mit hoher Genauigkeit zu messen.
Am Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung (WSA) der RWTH Aachen soll nun die Filmdicke unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes mit Hilfe dieser Technik untersucht werden. Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung einer bestehenden Anlage, so dass der Rieselfilm einem elektrischen Feld ausgesetzt und die Filmdicke mit Hilfe der CCI-Technik im Experiment bestimmt werden kann. Die Anlage soll in Betrieb genommen werden und erste Messergebnisse liefern können.