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Erschienen in:

2023 | OriginalPaper | Buchkapitel

Niedrigberippte Rohre für Kondensation

verfasst von : Harald Klein, Alexander Büchner

Erschienen in: Innovative Wärmetauscher

Verlag: Springer International Publishing

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Zusammenfassung

Niedrigberippte Rohre bieten ein großes Potenzial für Anwendungen in Wärmetauschern, bei denen Kondensation an der Außenseite der Wärmetauscherrohre auftritt. In der Regel sind die Rippenhöhe und der Abstand zwischen den Rippen kleiner als 1 mm. Dies führt zu einer vergrößerten Oberfläche, die in der Regel um den Faktor 2–5 größer ist. Hinzu kommen strömungsdynamische Effekte, die die Kondensatschicht auf dem Rohr reduzieren und damit auch den Wärmeübergangskoeffizienten erhöhen. Bei horizontal angeordneten Glattrohren ist ein Bündelungseffekt zu beobachten, da die Kondensatschicht von Reihe zu Reihe zunimmt. Dieser negative Effekt kann bei niedrigberippten Rohren verringert werden, da hier das Kondensat aufgrund von Kapillarkräften abgezogen wird und höhere Wärmeübergangskoeffizienten zu beobachten sind. Die reine Komponentenkondensation mit freier Konvektion kann mit der von Nusselt (1916) für glatte Rohre abgeleiteten Theorie beschrieben werden. Für Rohre mit geringer Berippung wird eine breite Palette von experimentellen Daten zusammen mit einem neu entwickelten Modell zur Vorhersage der äußeren Wärmeübergangskoeffizienten vorgestellt. Die Kondensation von Gemischen unterscheidet sich von der Kondensation reiner Stoffe, da der thermische Widerstand in der Dampfphase nicht vernachlässigt werden kann. Dadurch werden die Wärmeübergangskoeffizienten sowohl für glatte als auch für niedrigberippte Rohre gesenkt. Es wird ein innovatives Modell vorgestellt, das die Auswirkung des Molanteils der Mischungskomponenten auf den Wärmeübergang berücksichtigt. Im Vergleich zum bekannten Filmmodell basiert das neue Modell auf einer Anpassung des thermodynamischen Korrekturfaktors und kann die experimentell gemessenen Wärmeübergangskoeffizienten wesentlich besser beschreiben.

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Die in dieser Tabelle aufgeführten Rohre wurden in verschiedenen Veröffentlichungen untersucht und werden in diesem Artikel erwähnt. Dennoch zeigt diese Tabelle natürlich nicht die ganze Vielfalt und auch nicht alle möglichen Strukturen und Abmessungen von niedrigberippten Rohren. Sie soll vielmehr einen kurzen Überblick geben, um ein Gefühl für die Werte zu bekommen.

Bei Rohrbündeln hat die oberste Reihe die Nummer 1, die unterste Reihe die Nummer 2 und so weiter. Eine hohe Reihennummer bedeutet also, dass sich diese Reihe irgendwo im unteren Teil des Bündels befindet.

In der Originalveröffentlichung ist der Faktor in der Gleichung nicht 0,728, sondern 0,725 aufgrund der von Nusselt angewandten grafischen Integration. Mit der numerischen Integration wird der Faktor von 0,728 erhalten und in den heutigen Lehrbüchern verwendet (Baehr und Stephan 2011).

In beiden Veröffentlichungen wird nicht geschrieben, dass \( {\varepsilon}_{\dot{q}} \) unabhängig von \( \dot{q} \) ist, aber im Fall von Briggs und Rose (1994) ist ihre Gleichung für ε unabhängig vom Wärmestrom, und im Fall von Kumar et al. (2002a) ist die Abhängigkeit zwischen dem äußeren Wärmeübergangskoeffizienten und dem Wärmestrom in ihrem Modell tatsächlich so festgelegt, dass sie mit der Nusselt-Theorie identisch ist.

Adamek T (1985) Rechenmodell der Filmkondensation an engberippten Kondensatorrohren. Wärme- und Stoffübertragung 19:145CrossRef

Al-Badri AR, Gebauer T, Leipertz A, Fröba AP (2013) Element by element prediction model of condensation heat transfer on a horizontal integral finned tube. Int J Heat Mass Transf 62:463CrossRef

Baehr HD, Stephan K (2011) Heat and mass transfer, 3. Aufl. Springer, BerlinMATHCrossRef

Belghazi M, Bontemps A, Signe JC, Marvillet C (2001) Condensation heat transfer of a pure fluid and binary mixture outside a bundle of smooth horizontal tubes. Comparison of experimental results and a classical model. Int J Refrig 24:841CrossRef

Belghazi M, Bontemps A, Marvillet C (2002) Filmwise condensation of a pure fluid and a binary mixture in a bundle of enhanced surface tubes. Int J Therm Sci 41:631CrossRef

Belghazi M, Bontemps A, Marvillet C (2003) Experimental study and modelling of heat transfer during condensation of pure fluid and binary mixture on a bundle of horizontal finned tubes. Int J Refrig 26:214CrossRef

Bella B, Cavallini A, Longo GA, Rossetto L (1993) Pure vapour condensation of refrigerants 11 and 113 on a horizontal integral finned tube at high vapour velocity. J Enhanced Heat Transfer 1:77CrossRef

Blaß E (1973) Die Kondensation von binären Dampfgemischen. Chem Ing Tec 45:865CrossRef

Briggs A (2008) Theoretical and experimental studies in shell-side condensation. In: HEFAT 2008, Paper number: K2

Briggs A, Rose JW (1994) Effect of fin efficiency on a model for condensation heat transfer on a horizontal, integral-fin tube. Int J Heat Mass Transf 37:457CrossRef

Briggs A, Rose JW (1995) Condensation of refrigerants on horizontal, integral-fin tubes: performance predictions. In: Proceedings of the ASME-JSME thermal engineering joint conference, Bd 2, S 431

Briggs A, Rose JW (1999) An evaluation of models for condensation heat transfer on low-finned tubes. Enhanced Heat Transfer 6:51CrossRef

Briggs A, Rose JW (2007) Condensation on integral-fin tubes with special reference to effects of vapour velocity. In: Proceedings of 5th Baltic heat transfer conference, Bd 1, S 96

Browne MW, Bansal PK (1999) An overview of condensation heat transfer on horizontal tube bundles. Appl Therm Eng 19:565CrossRef

Büchner A (2016) Kondensation von binären Gemischen an horizontalen Rohren. Dissertation, Technische Universität München, München

Büchner A, Reif A, Rehfeldt S, Klein H (2015a) Problematik einheitlicher Betrachtungen des Wärmedurchgangs bei der Kondensation an strukturierten Rohren. Chem Ing Tec 87:301CrossRef

Büchner A, Reif A, Rehfeldt S, Klein H (2015b) Untersuchung der Kondensation von Reinstoffen an einem horizontalen berippten Rohrbündel. Chem Ing Tec 87:270CrossRef

Cavallini A, Doretti L, Longo G (1994) Experimental investigations on condensate flow patterns on enhanced surfaces. In: Proceedings of the international Institute of Refrigeration Meeting, S 627

Cavallini A, Doretti L, Longo GA, Rossetto L (1996) A new model for forced-convection condensation on integral-fin tubes. J Heat Transfer 118:689CrossRef

Cheng WY, Wang CC (1994) Condensation of R-134a on enhanced tubes. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, GA, US

Colburn AP, Drew TB (1937) The condensation of mixed vapors. Trans Am Inst Chem Eng 33:197

Fitzgerald CL, Briggs A, Rose JW, Wang HS (2012) Effect of vapour velocity on condensate retention between fins during condensation on low-finned tubes. Int J Heat Mass Transf 55:1412CrossRef

Gebauer T, Al-Badri AR, Gotterbarm A, El-Hajal J, Leipertz A, Fröba AP (2013) Condensation heat transfer on single horizontal smooth and finned tubes and tube bundles for R134a and propane. Int J Heat Mass Transf 56:516CrossRef

Gregorig R (1954) Hautkondensation an feingewellten Oberflächen bei Berücksichtigung der Oberflächenspannungen. Zeitschrift für angewandte mathematische Physik 5:36MATHCrossRef

Gstoehl D, Thome JR (2006) Film condensation of R-134a on tube arrays with plain and enhanced surfaces: Part II – empirical prediction of inundation effects. J Heat Transfer 128:33CrossRef

Honda H, Nozu S (1987) A prediction method for heat transfer during film condensation on horizontal low integral-fin tubes. J Heat Transfer 109:218CrossRef

Honda H, Nozu S, Mitsumori K (1983) Augmentation of condensation on finned tubes by attaching a porous drainage plate. In: Proceedings of the ASME-JSME thermal engineering joint conference, Bd 3, S 289

Honda H, Nozu S, Takeda Y (1987a) Flow characteristics of condensate on a vertical column of horizontal low finned tubes. Int J Bull JSME 30:2051

Honda H, Uchima B, Nozu S (1987b) A generalized prediction method for heat transfer during film condensation on a horizontal low-finned tube. In: Proceedings of the ASME-JSME thermal engineering joint conference, Bd 4, S 385

Honda H, Nozu S, Takeda Y (1989) A theoretical model of film condensation in a bundle of horizontal low finned tubes. J Heat Transfer 111:525CrossRef

Ji WT, Zhao CY, Zhang DC, Li ZY, He YL, Tao WQ (2014) Condensation of R134a outside single horizontal titanium, cupronickel (B10 and B30), stainless steel and copper tubes. Int J Heat Mass Transf 77:194CrossRef

Jung D, Song K, Kim K, An K (2003) Condensation heat transfer coefficients of halogenated binary refrigerant mixtures on a smooth tube. Int J Refrig 26:795CrossRef

Kananeh AB, Rausch MH, Fröba AP, Leipertz A (2006) Experimental study of dropwise condensation on plasma-ion implanted stainless steel tubes. Int J Heat Mass Transf 49:5018MATHCrossRef

Katz DL, Geist JM (1948) Condensation on six finned tubes in a vertical row. Transactions of ASME 70:907

Kern DQ (1958) Mathematical development of tube loading in horizontal condensers. AIChE J 4:157CrossRef

Krishna R, Standart GL (1976) A multicomponent film model incorporating a general matrix method of solution to the Maxwell-Stefan equations. AIChE J 22:383CrossRef

Kumar R, Varma HK, Mohanty B, Agrawal KN (2002a) Augmentation of heat transfer during filmwise condensation of steam and R-134a over single horizontal finned tubes. Int J Heat Mass Transf 45:201CrossRef

Kumar R, Varma HK, Mohanty B, Agrawal KN (2002b) Prediction of heat transfer coefficient during condensation of water and R-134a on single horizontal integral-fin tubes. Int J Refrig 25:111CrossRef

Marto PJ (1988) An evaluation of film condensation on horizontal integral-fin tubes. J Heat Transfer 110:1287CrossRef

Marto PJ, Zebrowski D, Wanniarachichi AS, Rose JW (1988) Film condensation of R-113 on horizontal finned tubes. ASME symposium, HTD-96. In: Proceedings of the 1988 national heat transfer conference, Bd 2, S 583–592

Marto PJ, Zebrowski D, Wanniarachchi AS, Rose JW (1990) An experimental study of R-113 film condensation on horizontal integral-fin tubes. J Heat Transfer 112:758CrossRef

Masuda H, Rose JW (1985) An experimental study of condensation of refrigerant 113 on low integral-fin tubes. In: Proceedings of the international symposium on heat transfer, Bd 2, S 480

Masuda H, Rose JW (1988) Condensation of ethylene glycol on horizontal integral-fin tubes. J Heat Transfer 110:1019CrossRef

Mitrovic J (1986) Influence of tube spacing and flow rate on heat transfer from a horizontal tube to a falling liquid film. In: Proceedings of the 8th international heat transfer conference, Bd 4, S 1949

Mitrovic J (1999) Condensation of pure refrigerants R12, R134a and their mixtures on a horizontal tube with capillary structure: an experimental study. Forsch Ingenieurwes 64:345CrossRef

Mitrovic J, Gneiting R (1996) Kondensation von Dampfgemischen – Teil 1. Forsch Ingenieurwes 62:1CrossRef

Murase T, Wang HS, Rose JW (2006) Effect of inundation for condensation of steam on smooth and enhanced condenser tubes. Int J Heat Mass Transf 49:3180CrossRef

Murase T, Wang HS, Rose JW (2007) Marangoni condensation of steam–ethanol mixtures on a horizontal tube. Int J Heat Mass Transf 50:3774CrossRef

Murata K, Hashizume K (1992) Prediction of condensation heat transfer coefficient in horizontal integral-fin tube bundles. Exp Heat Transfer Int J 5:115CrossRef

Namasivayam S, Briggs A (2004) Effect of vapour velocity on condensation of atmospheric pressure steam on integral-fin tubes. Appl Therm Eng 24:1353CrossRef

National Institute of Standards and Technology (2016) NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. (http://webbook.nist.gov), Gaithersburg MD

Nusselt W (1916) Die Oberflächenkondensation des Wasserdampfes. Z Ver Dtsch Ing 60:541, 569

Perry R, Green D (1997) Perry’s chemical engineers’ handbook, 7. Aufl. McGraw-Hill, New York

Philpott C, Deans J (2004) The enhancement of steam condensation heat transfer in a horizontal shell and tube condenser by addition of ammonia. Int J Heat Mass Transf 47:3683CrossRef

Reif A (2016) Kondensation von Reinstoffen an horizontalen Rohren und Rohrbündeln. Dissertation, Technische Universität München, München

Reif A, Büchner A, Rehfeldt S, Klein H (2017) Outer heat transfer coefficient for condensation of pure components on single horizontal low-finned tubes. Heat and Mass Transfer, https://doi.org/10.1007/s00231-017-2184-3

Rose JW (1994) An approximate equation for the vapour-side heat-transfer coefficient for condensation on low-finned tubes. Int J Heat Mass Transf 37:865MATHCrossRef

Rose JW (2004) Surface tension effects and enhancement of condensation heat transfer. Chem Eng Res Des 82:419CrossRef

Rudy TM, Webb RL (1983) Theoretical model for condensation on horizontal integral-fin tubes. In: Heat transfer conference AIChE symposium series, Bd 79, S 11

Silver L (1947) Gas cooling with aqueous condensation. Trans Inst Chem Eng 25:30

VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (2006) VDI Wärmeatlas (10. Aufl.), Section Jb: Filmkondensation von binären Gemischen mit und ohne Inertgas (D. Fullarton, E.-U. Schlünder). Springer, Berlin

VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (2013) VDI Wärmeatlas (11. Aufl.), Chapter O: Konstruktion von Wärmeübertragern (P. Wolf, G. Kirchner). Springer, Berlin

Wanniarachichi AS, Marto PJ, Rose JW (1985) Film condensation of steam on horizontal finned tubes: effect of fin spacing, thickness and height. Multiphase flow and heat transfer, ASME HTD-47, 93

Webb DR, Sardesai RG (1981) Verification of multicomponent mass transfer models for condensation inside a vertical tube. Int J Multiph Flow 7:507CrossRef

Webb DR, Fahrner M, Schwaab R (1996) The relationship between the Colburn and Silver methods of condenser design. Int J Heat Mass Transf 39:3147CrossRef

Webb R, Murawski CG (1990) Row effect for R-11 condensation on enhanced tubes. J Heat Transfer 112:768CrossRef

Webb RL (1988) Enhancement of film condensation. Int Commun Heat Mass Transfer 15:475CrossRef

Yau KK, Cooper JR, Rose JW (1985) Effect of fin spacing on the performance of integral-fin condenser tubes. J Heat Transfer 107:377CrossRef

Titel: Niedrigberippte Rohre für Kondensation
verfasst von: Harald Klein
Alexander Büchner
Verlag: Springer International Publishing
Buch: Innovative Wärmetauscher
Print ISBN: 978-3-031-22545-1

Electronic ISBN: 978-3-031-22546-8

Copyright-Jahr: 2023
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-22546-8_6

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