Einfluss mikrostrukturierter Oberflächen auf die Benetzung von horizontalen Rohrbündelabsorbern

摘要

Die Energieeffizienzsteigerung in Produktionsprozessen ist eine der Schlüsselaufgaben in den Ingenieurwissenschaften, um auf die Verknappung natürlicher Ressourcen zu reagieren. Dies gilt insbesondere für die Kältetechnik, da für die Kältebereitstellung ein signifikanter Anteil des gesamten deutschen Strombedarfs benötigt wird. Der Einsatz von Absorptionskältemaschinen anstelle von konventionellen Kompressionskältemaschinen ist in diesem Zusammenhang ein möglicher Lösungsansatz, da hierbei als Antriebsenergie die in nahezu allen Prozessen anfallende Abwärme eingesetzt werden kann, wodurch sich eine signifikante Einsparung an elektrischer Energie ergibt. Aktuell erreichen Absorptionskältemaschinen jedoch keine mit Kompressionskältemaschinen vergleichbare Zuverlässigkeit und Effizienz. Als den Prozess limitierende Komponente hat sich in verschiedenen Untersuchungen der Absorber erwiesen, da der Einfluss verschiedener Parameter auf die komplexen Vorgänge bei der Wärme- und Stoffübertragung nicht vollständig verstanden ist. Dies gilt insbesondere für den Einfluss geometrischer Modifikationen am horizontalen Rohrbündel die die Anpassung von Rohrabstand und-durchmesser oder die Strukturierung der Rohroberflächen. Daher wird in dieser Arbeit der Einfluss von mikrostrukturierten Rohroberflächen auf die auf die Benetzung horizontaler Rohrbündelabsorber untersucht und daraus folgende Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung der Apparate diskutiert. Dabei werden eine polierte, eine gezogene und zwei sandgestrahlte Kupferoberflächen in einem weiten Bereich der Oberflächenrauheit betrachtet. Die verschiedenen Oberflächen werden zunächst detailliert hinsichtlich ihrer Topographie, der Rauheitsparameter und der Oberflächenenergie charakterisiert, wobei ein lokales Maximum der Oberflächenenergie für mittelsandgestrahlte Oberflächen mit einer Rauheit von P_a = 1,5 bis 2 festgestellt wird. Darauf aufbauend wird sowohl das lokale als auch das integrale Benetzungsverhalten für die verschiedenen Oberflächenstrukturen in einem weiten Bereich der Berieselungsdichte untersucht. Dabei zeigt sich, dass die mikrostrukturierten Rohre mit hoher Oberflächenenergie in dem betrachteten Messbereich eine signifikant höhere Benetzbarkeit haben. Somit ist ein Zusammenhang zwischen Oberflächenenergie und Benetzbarkeit gegeben und es wird empfohlen, höherenergetische Oberflächen in Absorbern zu verwenden.