Schwingungsanregungen und Schwingungserscheinungen in zweiphasig durchstroemten Rohrbuendelwaermetauschern Beitrag der Bundesrepublik Deutschland zum IEA-Programm 'Waermetauscher'. Schlussbericht

Rohrbuendelwaermetauscher werden mit immer groesseren Stroemungsgeschwindigkeiten beaufschlagt, um den Wirkungsgrad von Prozessen zu optimieren. Durch die hoeheren Geschwindigkeiten wird die Schwingungsanfaelligkeit der Rohrbuendel vergroessert. Schwingungsschaeden wie Abrieb, Korrosion und Rohrbruch koennen zu sicherheitstechnischen und oekonomischen Problemen fuehren. Bei einphasiger Anstroemung von Rohrbuendeln gibt es Erkenntnisse ueber Anregungs- und Schwingungsmechanismen, bei zweiphasiger Anstroemung sind die Vehaeltnisse noch weitgehend ungeklaert. Am Lehrstuhl A fuer Thermodynamik wurden an einem durch das BMFT finanzierten Versuchsstand Experimente zu Schwingungsanregungen und -erscheinungen bei Dampf-Fluessigkeits-Stroemungen durch Rohrbuendel durchgefuehrt. Die oertliche und zeitliche Druckverteilung an der Rohroberflaeche, die resultierende Schwingung der Rohre und die oertliche und zeitliche Phasenverteilung zwischen zwei Rohrreihen wurden gemessen. Die so ermittelte turbulente zeitabhaengige Fluidkraft auf die Rohre ist niederfrequent und hat keine periodischen Anteile. Die statischen Widerstandsbeiwerte und die um den Rohrumfang gemittelten RMS-Werte der Fludkraft haben ueber Dampfgehalt oder Massenstrom aufgetragen lineares Verhalten. Die bei zweiphasiger Anstroemung festgestellte fluidelastische Instabilitaet ist ein Selbsterregungseffekt, da das instabil schwingende Rohr und die Phasenverteilung im Buendel mit der Eigenfrequenz des instabilen Rohres schwingen. Die Anstroemung vor dem instabil schwingenden Buendel wie auch die Fluidkraefte im mit gleicher Massenstromdichte und Eintrittsdampfgehalt durchstroemten starren Buendel weisen diese Frequenz nicht auf. Aufgrund der Messungen zur Instabilitaet konnte nach Connors eine Stabilitaetskonstante K fuer zweiphasige Anstroemung angegeben werden. (orig.)Tube bundle heat exchangers are operated with increased flow velocities to optimize efficiency. Higher velocities can force the tube bundle to enlarged tube vibrations, these vibrations causes damage like wear, corrosion, fatigue and failure, which leads to safety and financial problems. There is knowledge concerning one-phase flow induced excitation and resulting vibration in tube bundles, but under two-phase flow the physical principles are not well known yet. The Chair A for Thermodynamics carried out excitation and vibration experiments in tube bundles at a two-phase flow loop. The measurements concerned the local and time dependend pressure at the tube surface, the vibration of the tubes and the local and time dependend phase distribution between two rows of tubes in the bundle. The time dependend fluidforce is turbulent at a low frequency and shows no periodicity. The time averaged drag coefficient and the average RMS-value around the tube show linear behaviour. The measured fluidelastic instability under two-phase flow seems to be an auto-excitation effect, because the frequency of the unstable tube vibration and of the oscillation of phase distribution is identical. The flow in front of the unstable vibrating tube bundle and the fluid force in the rigid tube bundle under the same flow conditions do not show this frequency. On the basis of these instability measurements a stability coefficient for two-phase flow in tube bundles depending on the Connors equation was calculated. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F95B733+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman