HIPER - High Pressure Evaporation Rig
Hochdruckverdampferstrecke zur Untersuchung des stationären und transienten Wärmeübergangverhaltens von Dampferzeugern im nahkritischen Druckbereich
Der Wärmeübergang an Wasser im nahkritischen Druckbereich ist relevant für konventionelle Dampferzeuger sowie für neue nukleare und solarthermische Dampferzeugerkonzepte. Aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit der Stoffwerte von Arbeitsmedien im überkritischen Druckbereich (220 – 300 bar) kann der Wärmeübergang im Vergleich zur normalen einphasigen Konvektion abhängig von den Betriebsbedingungen entweder verschlechtert oder verbessert ausfallen. Zur Vorhersage des Eintritts des verschlechterten Wärmeübergangs und der Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten sind eine Vielzahl von Modellen in der Literatur vorhanden. Allerdings führen die vorhandenen Modelle zu teilweise widersprüchlichen Ergebnissen und können insbesondere das Auftreten des verschlechterten Wärmeübergangs nicht exakt abbilden. Zudem wurden die meisten Korrelationen im nahkritischen Bereich basierend auf stationären Experimenten entwickelt. Allerdings hat sich in der Vergangenheit gezeigt, dass gängige Modelle das transiente Wärmeübergangsverhalten im Druckbereich von 180 – 250 bar nicht wiedergeben können: Die Bauteiltemperaturen können im Vergleich zu vergleichbaren stationären Zuständen deutlich stärker ansteigen. Entsprechend sind genaue Kenntnisse über das transiente Wärmeübergangsverhalten vor allem im Hinblick auf die Diskussion zur Erhöhung der Lastdynamik konventioneller Kraftwerke und die Sicherheit überkritischer nuklearer Reaktorkonzepte essentiell.
Zur detaillierten Erforschung dieser Sachverhalte wurde am Lehrstuhl für Energiesysteme der Technischen Universität München die neue Hochdruckverdampferstrecke HIPER errichtet und in Betrieb genommen. Die Hochdruckverdampferstrecke HIPER bietet die Möglichkeit, experimentelle Daten für den Wärmeübergang in einem weiten Parameterbereich von Druck, Massenstromdichte und Wärmestromdichte zu generieren, sodass die Zustände in einer Vielzahl von Anlagen abgebildet werden können. Gerade die Grenze des Bereichs zwischen normalem und verschlechtertem Wärmeübergang (überkritisch) und die Auswirkungen des transienten Betriebs (nahkritisch) sollen durch die Untersuchungen in der Versuchsanlage genauer untersucht und quantifiziert werden.
Spezifikationen der Hochdruckverdampferstrecke HIPER:
| Temperatur | bis 580 °C |
| Druck | bis 300 bar |
| Abmessungen Teststrecke | 15,8 mm x 5,4 mm, 7.100 mm (beheizte Länge) |
| Neigungswinkel der Teststrecke | 0° – 90° |
| Massenstrom | 0,6 kg/s (3.100 kg/m²/s) |
| Leistung | 391 kW (Verdampfer), 688 kW (Vorerhitzer) |
Ansprechpartner: Thomas Ferrand, Jan Oettig