Aspects of Sorption Processes in Thermosiphon and in Falling Film Arrangements

Abstract: Popular Abstract in Swedish Huvudsyftet med studien har varit att ta fram matematiska samband för dimensionering av processutrustning – dimensionering är ett klassiskt ingenjörsproblem. Korrekt dimensionering är viktig för att utrustningen skall fungera tillfredsställande och dessutom inte resultera i onödiga investerings- och driftskostnader. Den matematiska modell (en uppsättning ekvationer) som man vid dimensionering praktiskt kan hantera är ofta så starkt förenklad – därför att verkligheten är så komplicerad – att nödvändig information förlorats. Ekvationsuppsättningen blir därmed ofullständig och låter sig inte lösas. Endast om "ny" information används för att täcka den tidigare informationsförlusten kan ekvationerna lösas. Den nya informationen måste inhämtas experimentellt, och sedan stöpas i lämplig matematisk form för att bli användbar. Den processutrustning som behandlas i föreliggande avhandling är "termosifonen" och "den fallande filmen"; båda är tillämpbara inom området absorptionsvärmepumpar. Termosifonen utgörs i princip av ett vertikalt rör i vilket en vätska strömmar uppåt. Vätskan bringas till kokning genom tillförsel av värme via rörväggen. Vid dimensionering av en termosifon vill man veta t ex hur mycket som kommer att strömma i röret och hur mycket värme som kan tillföras. Vid kokningen bildas ånga vilket resulterar i en mycket komplex situation: strömningen påverkar värmeöverföringen och mängden överförd värme påverkar i sin tur strömningsbilden. I den i avhandlingen använda matematiska modellen behövs "ny" information om hastighetsskillnaden mellan ångan och vätskan, friktionen mot samt värmeöverföringsegenskaperna vid väggen. Dessa tre storheter har studerats experimentellt, och resultatet har satts i en matematisk form för att sedan användas vid lösningen av ekvationerna. En fallande film bildas när en vätska rinner utmed en vägg; i avhandlingen har endast vertikala väggar beaktats. Värme kan till- eller bortföras via väggen. Vid filmens fria yta kan ånga bildas eller kondenseras. I absorptionsvärmepumpar är både värme- och massöverföringshastigheter viktiga vid dimensionering. I avhandlingen har en annorlunda modell för icke-laminär strömning behandlats. Vid framtagandet av modellen har teoretisk analys kombinerats med experimentell information (som erhållits från annat håll). Resultatet av doktorsarbetet är i princip ett antal datorprogram med vilka man kan simulera termosifoner och fallande filmer i vilka samtidig värme- och massöverföring sker.