Impuls- und Energietransport in solarthermischen Systemen - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 377

Abb. 5.44 Schematische
Form der Filmkondensa-
tion an einer vertikalen,
kalten Oberfläche und
Skizze der dabei auftre-
tenden Temperatur- und
Geschwindigkeitsverteilung

• Laminare Filmkondensation

Kondensiert Dampf an einer vertikalen kalten Oberfläche bildet sich ein Flüssigkeitsfilm
aus, der schwerkraftgetrieben nach unten fließt. Wenn die Dampfgeschwindigkeit in der
Umgebung des Kondensats gering und der Flüssigkeitsfilm dünn ist, ist die Strömung im
Kondensat laminar. Der einfachste Fall einer laminaren Filmströmung bei isothermer
Wandoberfläche wird durch die Nusseltsche Wasserhauttheorie beschrieben. Die Wärme-
abfuhr erfolgt hauptsächlich durch Wärmeleitung von der Kondensatoberfläche zur Wand
hin und der konvektive Wärmeübergang innerhalb des Films kann vernachlässigt werden.
Unter Annahme eines Newtonschen Fluides, einer konstanten Wandtemperatur T W , der
Sattdampftemperatur T Siede und einer temperaturunabhängigen dynamischen Viskosität η L
ergibt sich der abfließende Kondensatmassenstrom

˙

M l zu:

= ρ l ( ρ l

− ρ D ) gb

3 η l

˙

δ 3 , M l = u l ρ l bδ

(5.206)

in der u l die mittlere Filmgeschwindigkeit und ρ die Dichte darstellen. Die Indizes „ l “ und
„ g “ beziehen sich auf die flüssige und die dampfförmige Phase. Der Massenstrom des Kon-
densats ist eine Funktion der wandnormalen Filmdicke δ . Es ist:

˙

d M l

dδ

= ρ l ( ρ l

− ρ D ) gb

(5.207)

δ 2 .

η l

˙

Die Ausbildung eines Kondensatmassenstroms d M l erfordert die Bereitstellung einer

˙

Kondensationsleistung d Q .

˙ ˙

d Q = h V d M.

(5.208)