Untersuchung der Kältemittelverteilung bei der parallelen Direktverdampfung
Motivation
Für die Kühlung von temperaturempfindlichen Bauteilen bieten sich unterschiedliche Konzepte an. Im Gegensatz zu der Luft- oder Flüssigkühlung besitzt eine Kühlung durch direktverdampfende Kältemittel die folgenden Vorteile:
- Hocheffizienter Wärmeübergang beim Sieden des Kältemittels,
- dadurch kompaktere Bauformen von Wärmeübertragern,
- große Kühlleistungen,
- gleichmäßige Temperierung durch konstante Verdampfungstemperatur.
Bei der parallelen Verschaltung von Verdampferrohren kann es allerdings zu einer Fehlverteilung des Kältemittels kommen. Das Ziel des Projektes ist die Untersuchung von diesem Mechanismus für verschiedene Kältemittel.
Strömungsinstabilitäten beim Phasenwechsel
Strömt ein Kältemittel durch ein mit einem konstanten Wärmestrom beaufschlagtes Verdampferrohr, so kann es vorkommen, dass bei einer Erhöhung der Massenstromdichte eine Verringerung des Druckverlustes auftritt. Ein entsprechender Zustandspunkt ist potentiell instabil, sodass kleinste Störungen eine plötzliche Antwort des Systems hervorrufen (Ledinegg Instabilität). Dieses Phänomen wirkt sich insbesondere auf das Verhalten bei parallelen Verdampferrohren aus, z.B. in einer Kühlplatte. Liegt bei höheren Massenströmen noch eine gleichmäßige Verteilung vor, kann eine Reduzierung der Durchflussrate dazu führen, dass in einzelnen Rohren unmittelbar eine starke Überhitzung stattfindet, während in anderen Rohren kaum verdampft wird. Eine gleichmäßige Kühlung der Platte wird so verhindert.
Dieses Problem soll in dem Projekt für verschiedene Kältemittel bei variablen Wärme- und Massenströmen, sowie bei unterschiedlichen Druckniveaus experimentell und numerisch mit Feldsimulationen untersucht werden.