Impuls- und Energietransport in solarthermischen Systemen - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 380

f well wird nach Gl. (5.216) berechnet, der Wärmeübergangskoeffizient der laminaren Film-
strömung nach (5.211) und der der turbulenten Filmströmung nach (5.217).

• Einluss der Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes

Die bisherigen Beschreibungen galten für die Kondensation von Dampf mit geringer
Strömungsgeschwindigkeit oder ruhenden Dampf. Während des Kollektorstillstands
kommt es allerdings zur Dampfströmung innerhalb des Rohres. Der Einfluss einer Was-
serdampfströmung auf den Kondensatfilm an einer senkrechten Oberfläche kann bis zu
einer Dampfgeschwindigkeit von 5 m/s vernachlässigt werden (Huhn und Wolf 1975 ). Die
Kondensatfilmströmung hängt dann lediglich von der Schwerkraft ab und es gelten die
angesprochenen Wärmeübergangsbeziehungen für ruhenden Dampf.
Nur bei sehr hohen Dampfproduktionsleistungen treten erhebliche Strömungsge-
schwindigkeiten auf, in denen der strömende Dampf eine Schubspannung τ δ auf den Kon-
densatfilm ausübt, der von dem Widerstandsbeiwert ζ abhängt:

· u g
4

· ρ g

τ δ = ζ . (5.219)

Bei einer laminaren Strömung des Dampfes ( Re < 2320) ist der Widerstandsbeiwert λ un-
abhängig von der Rohrwandrauigkeit und es gilt λ = 64/ Re (vergleiche Gl. (5.168)). Auch
im turbulenten Bereich verhält sich die Dampfströmung wie ein konventionelles New-
tonsches Fluid, so dass bezüglich des Druckverlustes die im Abschn. 5.3.7 erarbeiteten
Beziehungen gelten. Die Schubspannung τ δ beeinflusst die mittlere Kondensatströmungs-
geschwindigkeit u 0 und den Kondensatmassenstrom, der durch eine Ebene senkrecht zur
Wand abfließt. Für beide ergeben sich folgende Beziehungen:

= ( ρ l

ρ g ) g
3 η L

δ 2 ± τ δ δ
2 η L

−

u 0

(5.220)

δ 3 ± ρ l τ δ δ 2 b
2 η L

= ( ρ l

− ρ g ) gb

3 η L

˙

M l = u 0 ρ l bδ .

Das positive Vorzeichen gilt für abwärts strömenden Dampf, das negative entsprechend
für die aufwärts gerichtete Dampfströmung. Im Bereich der laminaren Filmströmung er-
gibt sich der Wärmeübergang direkt aus der Filmdicke über den Zusammenhang α = λ l /δ.

5.3.11.3 Kondensation im waagerechten Rohr
Während in vertikalen Rohren das Kondensat als Film von der Wand abfließt, können in
einem waagerechten Rohr - abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes
und dem Flüssigkeitsanteil im Rohrquerschnitt - verschiedene Strömungsformen auftre-
ten, die denen bei der Beheizung (vergleiche Abschn. 5.3.3 Erscheinungsformen des Rohr-
siedens, Abb. 5.32 ) gleichen. Bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten überwiegt der Ein-