Impuls- und Energietransport in solarthermischen Systemen - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 352

die Wärmeübergänge qualitativ angegeben. Die Vorgänge im horizontalen Rohr, wie sie
beispielsweise in Fresnelkollektor- oder Parabolrinnenkollektorsystemen auftreten, unter-
scheiden sich von denen im vertikalen Rohr, wie sie typischerweise in einem Niedertem-
peraturkollektor auftreten.
Ausgehend vom reinen einphasigen, konvektiven Wärmeübergang α konv steigt der Wär-
meübergang im zweiphasigen Bereich mit Beginn des Blasensiedens deutlich an. Auch der
konvektive Anteil wächst mit dem Dampfgehalt. Im Bereich von Schichten- oder Wellen-
strömungen können erhebliche Verschlechterungen mit großen Unterschieden am Rohr-
umfang auftreten. Bei Schwall- oder Ringströmungen kommt es erneut zu einem besseren
Wärmeübergang, da eine ausreichende oder ausreichend häufige Benetzung am gesamten
Rohrumfang einsetzt. In der Ringströmung ist das Rohr am gesamten Umfang mit Wasser
benetzt. Die Verdampfung erfolgt an der Filmoberfläche. Trocknet der Wasserfilm aus,
geht der Wärmeübergang auf einen Zustand über, in dem nur Dampf existiert.
Den jeweiligen Strömungsformen kommen, wie Abb. 5.33 verdeutlicht, große Bedeu-
tung beim Wärmeübergang und dem Druckverlust zu. Um ihr Auftreten vorhersagen zu
können, werden sie in Form sogenannter Strömungsformenkarten dargestellt, in denen
die verschiedenen Strömungsformen Bereichen von Strömungs- und Stoffparametern zu-
geordnet sind.

5.3.4 Kenngrößen der Zweiphasenströmung

Zweiphasenströmungen von Gas und Flüssigkeit zeichnen sich durch eine zeitlich und
örtlich veränderliche Phasengrenze und Wechselwirkungskräften zwischen beiden Pha-
sen aus. Daraus ergibt sich sowohl für den Impuls- und Wärmetransport eine erschwerte
analytische Zugänglichkeit. Verlässliche analytische Modelle benötigen eine genaue Unter-
suchung der einzelnen Teilvorgänge, die bei der Zweiphasenströmung auftreten und oft
in vielfältiger Weise voneinander abhängen. Durch die in den letzten Jahren gestiegene
Rechenleistung ist es heute möglich, mit Hilfe numerischer Rechenprogramme die ana-
lytischen Modelle, die aus komplexen, teilweise mehrfach unbestimmten Gleichungssyste-
men bestehen, zu lösen. Bei einer makroskopischen Beschreibung der Vorgänge im Zwei-
phasengebiet werden heute zumeist noch vereinfachte teilempirische Modelle verwendet.
Hierzu ist die Kenntnis der vielen zu berücksichtigenden Einflussgrößen vonnöten. Die
wichtigsten der Parameter sind:

˙

• der Massenstrom M g des Gases,

˙

• der Massenstrom M l der Flüssigkeit,

• die Dichte ρ g des Gases,
• die Dichte ρ l der Flüssigkeit,
• die dynamische Zähigkeit η g des Gases,
• die dynamische Zähigkeit η l der Flüssigkeit,
• die Oberflächenspannung σ ,