Impuls- und Energietransport in solarthermischen Systemen - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 277

durch Kondensat. Die Überhitzungsphase kann an wolkenlosen Tagen einige Stunden
dauern und endet erst bei sinkender solarer Einstrahlung.

Phase 5: Wiederbefüllen des Kollektors Über die Rücklaufleitung wird der Kollek-
tor wieder befüllt, wobei hier die Temperaturen rasch absinken. Das Ausdehnungsgefäß
(MAG) drückt dabei die Flüssigkeit zurück in den Kollektor. Je nach Position der Rück-
schlagklappe geschieht das über die Vor- und Rücklaufleitung, oder nur über die Rück-
laufleitung. Im letzten Fall wird die Vorlaufleitung zeitlich verzögert über den Kollektor
befüllt.
Messungen und numerische Betrachtungen zeigen, dass der Kollektorstillstand wesent-
lich von der Anordnung des Rohrleitungsnetzes und der kollektorinternen Verrohrung
abhängt. Erfolgt die geometrische Anordnung der Hydraulikomponenten so, dass sie sich
durch Schwerkraft einfach selbst entleeren und keine mit Fluid gefüllten Taschen bilden,
die dem Dampfdurchtritt einen erhöhten Widerstand bieten, so verringern sich die ma-
ximalen Anlagenbelastungen erheblich, wie die Abb. 5.3 qualitativ zeigt. Methoden wie
auch Einflussparameter zur Verringerung oder gar Vermeidung eines Kollektorstillstandes
diskutiert der Abschn. 6.4.4.
Diese qualitative Beschreibung eines Kollektorstillstandes in den unterschiedlichen
Phasen erfordert daher eine Modellierung der lokalen thermohydraulischen Wärme-
transportvorgänge sowohl im einphasigen wie im mehrphasigen Fluidbereich wie auch
einer übergeordneten Beschreibung der Wechselwirkung der individuellen Komponenten
untereinander.

5.2 Einphasiger konvektiver Impuls- und Wärmetransport

Im Zusammenhang mit den Kollektoren wurde zuvor oft vom konvektiven Impuls- Wär-
me- und Stoffübergang gesprochen, ohne näher auf dessen spezifischen Charakteristika
einzugehen. Insbesondere in den Rohrleitungen des Solarkreisleitungsnetzes und bei hö-
heren Temperaturen spielt aber der konvektive Wärmeübergang eine ausgezeichnete Rolle
und entscheidet maßgeblich über den Wirkungsgrad und die Funktionsfähigkeit der An-
lage.
Prinzipiell ist bei konvektiven Transportprozessen zwischen Zwangs-, Misch- und
auftriebsbehafteter Konvektion zu unterscheiden. Diese untergliedert sich weiter in ein-
bzw. zweiphasige Transportvorgänge, wie zum Beispiel Wasser- und Dampfströmungen.
Der Transport kann zeitlich konstant oder zeitlich veränderlich also instationär erfolgen.
Darüber hinaus kann die Strömung laminar oder turbulent sein.
Ziel dieses Abschnittes ist es, zunächst die Erhaltungsgleichungen des Strömungs- und
Wärmetransports abzuleiten und mit deren Hilfe charakteristische Kennzahlen zu ermit-
teln, die eine Klassifizierung der unterschiedlichen Strömungsformen ermöglicht. Basie-
rend auf diesen Kenngrößen erfolgt eine Diskussion zuerst des laminaren und anschlie-
ßend des turbulenten Wärmetransports. Da letzterer zumeist analytisch nicht zugänglich