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Wärmeübergang (Wärmetransport durch Konvektion)

Verdampfen

Das Verdampfen ist, ebenso wie das Kondensieren, ein komplexer Vorgang mit gekoppeltem Wärme- und Stoffaustausch. Die Art der Wärmeübertragung beim Verdampfen ist abhängig von der Heizflächenbelastung und vom Temperaturunterschied zwischen der Heizfläche und dem zu verdampfenden Fluid. Mit zunehmender Wärmestromdichte an der beheizten Fläche kommt es in der angrenzenden Flüssigkeit neben der Eigenkonvektion zum Bilden von Dampfblasen und damit zur Ausbildung einer Zweiphasenströmung.

Grundsätzlich sind dabei folgende Arten der Verdampfung zu unterscheiden:

  • Verdampfen an der Flüssigkeitsoberfläche: Bei einer niedrigen Heizflächenbelastung wird die Wärme durch Wärmeleitung und durch freie Konvektion an die Flüssigkeitsoberfläche gelangen. Dort findet dann das Verdampfen statt (konvektives Sieden).
  • Unterkühltes Verdampfen: Ausbildung von Dampfblasen vor Erreichen der druckabhängigen Siedetemperatur der Flüssigkeit bei hohen Heizflächenbelastungen.
  • Blasenverdampfen: Dampfblasenbildung an der Heizfläche bei mittlerer Heizflächenbelastung.
  • Instabiles Filmverdampfen: Bei hoher Heizflächenbelastung beginnt die flächige, instabile Ausbildung einer Dampfphase zwischen der Wand und der Flüssigkeit, so dass der unmittelbare Kontakt zwischen Flüssigkeit und Heizfläche verloren geht.
  • Stabiles Filmverdampfen: Bei weiterer Steigerung der Wandtemperatur wird der Dampffilm die gesamte Heizfläche bedecken (Leidenfrost-Phänomen).

Film: Leidenfrost-Phänomen

Abb.1

Der Film zeigt die Benetzung einer Heizplatte mit Hilfe eines Wassertropfens. Sobald die Plattentemperatur hoch genug ist, kommt es zum Leidenfrost-Phänomen.

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