Strömungsphänomene bei der Direktverdampfung in Parabolrinnen-Solarkraftwerken:
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Düsseldorf
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1995
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Titel: Strömungsphänomene bei der Direktverdampfung in Parabolrinnen-Solarkraftwerken
Autor: Müller, Martin J
Jahr: 1995
V Inhaltsverzeichnis Formelzeichen VIII 1 Einleitung 1 2 Stand der Technik und wissenschaftliche Ausgangssituation 3 2.1 Stand der Technik bei Parabolrinnen-Solarkraftwerken. 4 2.1.1 Parabolrinnen-Solarkraftwerke mit direkter Dampferzeugung . . 5 2.1.2 Schaltungskonzepte für Direktverdampfungskraftwerke. 7 2.2 Ausgangssituation für die Berechnung der thermohydraulischen Vorgänge bei der solaren Direktverdampfung. 8 2.2.1 Thermohydraulische Grundlagen und Definitionen. 9 2.2.2 Methoden zur Vorhersage von Strömungsformen. 11 2.2.2.1 Strömungsformenkarte nach Baker. 13 2.2.2.2 Strömungsformenkarte nach Mandhane, Gregory und Aziz. 14 2.2.2.3 Strömungsformenkarte nach Taitel und Dukler sowie Barnea . 16 2.2.2.4 Strömungsformenkarte nach Kokal und Stanislav . 25 2.2.2.5 Strömungsformenkarte nach Steiner. 28 2.2.2.6 Strömungsformenbestimmung aus der Dryout-Berech- nung. 30 2.3 Technische Entwicklungsschritte und Forschungsbedarf. 32 3 Hochdruck-Wasser/Dampf-Versuchsanlage 35 3.1 Anlagenkonzept und ausgeführte Versuchsanlage. 37 3.2 Meß- Steuer- und Regelungstechnik. 41
VI INHALTSVERZEICHNIS 3.3 Versuchsstrecke. 45 3.4 Bestimmung von Massenstrom und Dampfgehalt im Meßquerschnitt . . 47 4 Radiometrische Dichtemeßanlage zur Rekonstruktion der Phasenverteilung 49 4.1 Mechanischer und elektronischer Aufbau der Dichtemeßanlage. 49 4.2 Umsetzung von gemessenen Spannungssignalen in örtliche volumetrische Dampfgehalte. 53 4.2.1 Basisbeziehungen für die Meßwertumsetzungen. 55 4.2.2 Röntgenspektrum. 56 4.2.3 Schwächungskoeffizienten. 57 4.2.4 Zusammenheuig zwischen Meßdaten und örtlichen volumetrischen Dampfgehalten. 58 4.2.5 Kalibriermessungen. 60 4.2.6 Kalibrierkurven. 61 4.3 Rekonstruktion der Strömungsform aus den örtlichen volumetrischen Dampfgehalten. 61 4.3.1 Musterdefinition und -erkennung . 64 4.3.2 Bestimmung der freien Parameter der Grundmuster. 67 4.4 Genauigkeits- und Interpretationsgrenzen der radiometrischen Dichtemeßtechnik und des Auswerteprogrammes. 72 5 Siphon-Instabilität 75 5.1 Physik der Siphon-Instabilität. 75 5.2 Rechnerische Abschätzung der Voraussetzungen für die Siphon-Instabilität 76 5.2.1 Stabilität nach dem Boe-Kriterium. 77 5.2.2 Stabilität nach dem Taitel-Kriterium. 79 5.2.3 Auswertung der Rechenansätze. 81 5.3 Experimente zur Siphon-Instabilität . 83 6 Umschlag von intermittierender Strömung in eine andere Strömungsform 87 6.1 Versuchsdurchführung. 87 6.2 Identifikation der Strömungsformen anhand der Meßwerte der Dichtemeßanlage . 89
INHALTSVERZEICHNIS VII 6.3 Vergleich der beobachteten Strömungsformen mit der rechnerisch ermittelten Grenzkurve. 90 6.3.1 Entwicklung der Strömungsformen entlang des Verdampferrohres 91 6.3.2 Einfluß des Systemdruckes auf die Strömungsformen. 91 6.3.3 Beeinflussung der Strömungsformen durch die Rohrbeheizung . 91 7 Umschlag von geschichteter Strömung in eine andere Strömungsform 95 7.1 Versuchsdurchführung. 95 7.2 Identifikation der Strömungsform anhand der gemessenen Rohrwandtemperaturen . 96 7.3 Vergleich der beobachteten Strömungsformen mit der rechnerisch ermittelten Grenzkurve.100 7.4 Exkurs: Der Übergang von Schichtenströmung zu Ringströmung . 101 7.5 Rechengang für den Umschlag von Schichtenströmung in geschlossene Ringströmung.105 7.5.1 Messung und Berechnung der Schichtenhöhe .106 7.5.2 Bestimmung des Reibungskoeffizienten zwischen den Phasen . . 108 7.5.3 Stabilitätskriterium für geschichtete Strömung.111 7.5.4 Verschiebung der Grenzkurven aufgrund der veränderten Reibungskoeffizienten zwischen den Phasen .114 7.6 Einfluß der Beheizung auf die Grenzkurve zur Schichtenströmung . . . 115 7.7 Einfluß des Druckes auf die Strömungsformen.118 7.8 Einfluß der Einlauflänge auf die Grenzkurve zur Schichtenströmung . . 120 8 Vollständige Strömungsformenkarte 121 9 Zusammenfassung 125 A Einfluß der Wärmedehnung auf die Meßgenauigkeit der radiometrischen Dichtemeßanlage 129 A.l Rechengang.129 A.2 Diskussion der Ergebnisse . 132
VIII INHALTSVERZEICHNIS B Fehlerabschätzung für die Messungen zur Bestimmung der Grenzkurve zur Schichtenströmung 133 B.l Meßsignale für die Rohrwandtemperatur.133 B.2 Bestimmung des Strömungszustandes am Meßquerschnitt.135 B.2.1 Einfluß der Einzelmessungen auf den Strömungszustand.135 B.2.2 Plausibilitätskontrolle der Bestimmung des Strömungszustandes durch Messungen an beheizten Einphasenströmungen.137 B.3 Reproduzierbarkeit der Messungen .140 C Abspeicherungsformat für die Meßwerte 141 D Auswirkung der Beheizungsrichtung auf die Grenzkurve zur Schichtenströmung 145 Literaturverzeichnis 148 |
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