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Untersuchung der Fließeigenschaften von Paraffin/Wasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells

 
: Kalus, Jan Robin
: Ney, Andreas; Kappels, Tobias

Dortmund, 2013, VII, 61 pp.
Dortmund, FH, Bachelor Thesis, 2013
German
Bachelor Thesis
Fraunhofer UMSICHT Oberhausen ()
paraffin; water; dispersion; Energiespeicher; Rheologie; Messung; Modell

Abstract
Eine Paraffin/Wasser-Dispersion ist ein pumpfähiger Latentwärmespeicher. Latentwärmematerialien speichern die Energie durch die, während des Phasenwechsels, freigegebene bzw. aufgenommene Kristallisationsenergie. Deshalb werden sie auch Phasenwechselmaterialien (PCM) genannt. Da festes Paraffin nicht pumpfähig ist, wird es in Wasser dispergiert. Dadurch ist es möglich, sie als Wärme- bzw. Kältespeicherflüssigkeiten in Kälteanlagen zu nutzen. Ziel dieser Arbeit ist es die Fließeigenschaften solcher Paraffin/Wasser-Dispersionen zu untersuchen und anschließend ein rheologisches Modell zu erstellen. Dazu wurden verschiedene Dispersionen, die sich in Paraffinsorte, Paraffinkonzentration und Additivzusammensetzung unterscheiden, hergestellt und mit einem Rheometer untersucht. Die Messungen ergaben, dass Paraffin/Wasser-Dispersionen scherverdünnende Fluide sind, die im kleinen Scherratenbereich einen starken Viskositätsabfall aufweisen und sich dann einer niedrigsten Viskosität nähern. Mit steigender Paraffin- und Additivkonzentration sowie Paraffinkettenlänge steigt die Viskosität an. Die Erstellung eines rheologischen Modells erfolgte nach dem Potenzgesetz von Ostwald- de Waele. Eine Auswertung des Modells ergab weitere Erkenntnisse. So steigt die Viskosität während des Phasenwechsels kurzzeitiger an und die nichtlinearen Eigenschaften der Dispersion verstärken sich.

 

A paraffin/water-dispersion is a pumpable latent heat storage medium. Latent heat storage mediums store energy by using the heat of crystallization during the phase transition from liquid to solid. Because of that mechanism these materials are also called phase change materials (PCM). To make solid PCMs pumpable they are dispersed in water. The aim of this work is to define the flow characteristics of paraffin/water-dispersions and to figure out the relationship between the sort of paraffin, paraffin concentration and additive compositions. The measurements for that analysis are done with a rheometer. The measurement results reveal that paraffin/water-dispersions show shear thinning behavior with a strong viscosity drop in a span of low shear rates. With an increasing paraffin and additive concentration the viscosity raises. For describing the flow properties, the mathematical relationship of the Ostwald- de Waele power law is used. The coefficient analysis of the Power-law fluid identifies an aberration during the phase transition. During this aberration viscosity is increasing and the nonlinear properties of the dispersion are enhancing.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-327902.html