ISBN 9783843918596

978-3-8439-1859-6, Reihe Verfahrenstechnik

Michael Steffen
Entspannungsverdampfung in einem Zentrifugalabscheider bei simultaner Expansion des Dampfes in einer Kolbenmaschine

176 Seiten, Dissertation Karlsruher Institut für Technologie (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Dissertation beschreibt einen neuartigen thermodynamischen Prozess zur Nutzung von Niedertemperaturwärme. Das Funktionsprinzip und der entscheidende Vorteil dieses neuen Prozesses basieren auf der Entspannungsverdampfung eines heißen und unter Druck stehenden flüssigen Arbeitsmittels bei simultaner Dampfentspannung in einer Kolbenmaschine. Zur Vermeidung von Flüssigkeitsschlägen und unkontrollierter Wärmeübertragung an der Zylinderwand muss ein Eindringen der flüssigen Phase in den Kolbenraum verhindert werden. Deshalb wird dem Kolbenraum ein Zentrifugalabscheider vorgeschaltet, in welchem die Flüssigkeit während der Entspannungsverdampfung abgeschieden wird.

In dieser Arbeit wird der isentrope Wirkungsgrad der Expansionsmaschine aus den geometrischen und prozesstechnischen Randbedingungen theoretisch abgeleitet. Berücksichtigte Einflussgrößen sind u.a. das Totvolumen, instationäre Wärmeübertragung mit der Zyklon- und Zylinderwand, Leckageströme, Druckverluste im Arbeitsraum und die Verdampfungskinetik.

Darüber hinaus wurden mit Hilfe von numerischen Strömungssimulationen die Abscheideeffizienz des Zentrifugalabscheiders während des Entspannungstaktes sowie die Effizienz des Ausschiebetaktes untersucht. Das entwickelte Verdampfungs- und Mehrphasenmodell berücksichtigt unterschiedliche Strömungsformen und wurde an Messwerte der Abscheideeffizienz angepasst.