Kohlendioxid gilt als ein mögliches Ersatzkältemittel für den Einsatz in Pkw-Klimaanlagen. Anzeichen aus der Politik aber vor allem aus der Industrie weisen auf einen Serieneinsatz dieses Kältemittels in wenigen Jahren hin. Kompakte Wärmeaustauscher mit parallel durchströmten Minichannel-Profilen, wie sie derzeit für das Kältemittel R134a eingesetzt werden, kommen zukünftig auch mit CO2 zum Einsatz. Untersuchungen zum Einfluss des Kältemaschinenöls auf den Wärmeübergang von CO2 bei Verdampfung und Gaskühlung in Minichannel-Wärmeaustauscher-Profilen lagen zu Beginn des Projektes noch nicht vor und waren Gegenstand dieser Arbeit Die Versuchsergebnisse zeigten sowohl bei Verdampfung als auch bei der Gaskühlung eine Abhängigkeit des Wärmeübergangs von der Wärmestromdichte. Bei größeren Wärmestromdichten steigt der Wärmeübergang an. Dagegen ist der Einfluss der Massenstromdichte verhältnismäßig gering. Höhere Verdampfungstemperaturen zeigen tendenziell einen höheren Wärmeübergang, allerdings konnte dieses Verhalten nicht durchgängig beobachtet werden. Das Kältemaschinenöl beeinflusst den Wärmeübergang beim Verdampfungsvorgang entscheidend. Eine Reduzierung des Wärmeübergangskoeffizienten von bis zu 50 % bei 9 M % Öl konnte festgestellt werden. Bereits kleine Ölanteile von 3 M % vermindern den Wärmeübergang um 15 bis 20 %. Dabei ist der negative Einfluss des Öls bei kleineren Wärmestromdichten ausgeprägter. Bei der Gaskühlung ergaben sich noch ausgeprägtere Reduzierungen des Wärmeübergangs unter Einfluss des Kältemaschinenöls. Allerdings können aufgrund der geringeren Anzahl an Messungen im Vergleich zur Verdampfung keine fundierten Aussagen getroffen werden. Auffällig und zu beachten bei der Gaskühlung ist ein ausgeprägtes Maximum des Wärmeübergangs im Bereich der pseudokritischen Temperatur aufgrund signifikanter Änderung der thermodynamischen Eigenschaften des CO2 in diesem Bereich. Vier in der Literatur verfügbare Korrelationen zur Berechnung des Wärmeübergangs bei Strömungssieden wurden hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit bei den Versuchsbedingungen dieses Projektes untersucht. Es zeigte sich, dass nur ein, auf Basis laminarer Strömungsverhältnisse entwickeltes Berechnungsmodell die Versuchsergebnisse zufrieden stellend darstellen kann. Erstmals wurde bei Versuchsbedingungen, die dem Leerlaufbetrieb einer Pkw-Klimaanlage entsprechen, der Wärmeübergang von Kohlendioxid-Öl-Gemischen in Minichannel-Profilen gemessen. Eine in der Literatur angegebene Berechnungs-Korrelation für den Zwei-Phasen-Wärmeübergang bei laminarer Strömung in einem Minichannel-Profil wurde angepasst, so dass 85 % der Messwerte in einem Bereich von +/-30 % liegen. Somit steht erstmals ein Berechnungsmodell zur theoretischen Bestimmung des Wärmeübergangs von CO2-Öl-Gemischen auf Basis der hier zugrunde gelegten Parameter zur Verfügung.
Wärmeübergang von Kohlendioxid mit Kältemaschinenöl: Verdampfung und Gaskühlung
2005
105 Seiten, Bilder, Tabellen, 95 Quellen
Report
Deutsch
Wärmeübergangszahl , Kohlendioxid , Kältemaschinenöl , Verdampfungskühlung , Gaskühlung , Ersatzstoff , Kältemittel , Pkw (Personenkraftwagen) , Fahrzeugklimaanlage , Wärmeaustauscher , Wärmestromdichte , Massenstromdichte , thermodynamische Eigenschaft , laminare Strömung , mathematisches Modell , Verdampfungstemperatur
Einfluss von Kältemaschinenöl auf den Wärmeübergang von Kohlendioxid in kleinen Strömungskanälen
GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2007
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