Verständnis und Optimierung von Siede- und Verdampfungsprozessen in μ-g Anwendungen - Vapor III

Abstract

Der vorgelegte Schlussbericht beschreibt die im Projekt „Vapor III – Verständnis und Optimierung von Siede- und Verdampfungsprozessen in µ-g Anwendungen“ durchgeführten Arbeiten und erzielten Resultate. Im Mittelpunkt standen die vertiefte Auswertung von ISS-Messdaten, ergänzende Parabelflug- und Laboruntersuchungen sowie die Weiterentwicklung numerischer Modelle für Siede- und Verdampfungsprozesse unter Mikrogravitation. Das Förderprojekt VAPOR III adressierte zwei eng miteinander verknüpfte Themenfelder der Zweiphasenwärmeübertragung unter Mikrogravitation und reduzierter Schwerkraft. Entsprechend wurde das Projekt in zwei Teilprojekte gegliedert: Teilprojekt 1 "Blasensieden in μ-g Anwendungen" (im Kontext des ESA-Verbundprojektes Multiscale boiling) sowie Teilprojekt 2 "Kapillarstrukturen für Hochleistungsverdampfer in μ-g" (im Kontext des ESA-Experiments Enhanced Evaporator). Das übergeordnete Ziel bestand darin, die lokalen Wärme- und Stofftransportphänomene bei Siede- und Verdampfungsprozessen besser zu verstehen, um daraus belastbare, physikalisch fundierte Ansätze zur Vorhersage, Auslegung und Optimierung von Raumfahrtanwendungen und terrestrischen Systemen ableiten zu können. In Teilprojekt 1 stand die wissenschaftliche Aufbereitung und Auswertung der umfangreichen Messdaten aus zwei erfolgreich durchgeführten ISS-Messkampagnen im Vordergrund. Der experimentelle Parameterraum wurde ergänzend gezielt durch zusätzliche Versuche unter Parabelflugbedingungen erweitert, um Fragestellungen zu adressieren, die im Orbit nicht umgesetzt werden konnten (u.a. alternative Fluide und gezielte Blasenkoaleszenz). Parallel dazu wurden numerische Modelle weiterentwickelt und eingesetzt, um experimentelle Beobachtungen zu erklären, Hypothesen zu prüfen und skalenaufgelöste Einblicke in Wärmeübertragungspfade zu gewinnen. Teilprojekt 2 begleitete die Entwicklung des Experiments Enhanced Evaporator wissenschaftlich. Hierbei wurden Auslegungsfragen, Versuchsplanung und Parameterraum gemeinsam mit der ESA und dem industriellen Partner abgestimmt, Prototypen getestet und Auswertungen vorbereitet. Das Ziel bestand darin, die Verdampfung aus Kapillarstrukturen unter μg-Bedingungen besser zu verstehen und daraus robuste Auslegungs- und Optimierungsstrategien für Hochleistungsverdampfer ableiten zu können. This final report summarizes the work performed and the results achieved in the project “Vapor III – Understanding and optimization of boiling and evaporation processes in μ-g applications”. The project focused on the in-depth analysis of ISS measurement data, complementary parabolic-flight and laboratory investigations, and the further development of numerical models for boiling and evaporation processes under microgravity.