Experimentelle Untersuchung und Modellierung des rheologischen Verhaltens von Ice-Slurries

Ice-Slurries, fließfähige Suspensionen aus Wasser, Additiven und feinen Eiskristallen, sind ein neuartiger, umweltfreundlicher Kälteträger. Sie erhöhen aufgrund der Schmelzenthalpie des Eises die speicherbare Energiemenge gegenüber Kaltwasser um ein Vielfaches. Voraussetzung für die Auslegung von Kältenetzen mit Ice-Slurries und die Optimierung des Anlagenbetriebs ist die Kenntnis ihres rheologischen Verhaltens, für das bisher keine schlüssigen Fließgesetze bekannt sind. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher das rheologische Verhalten von Ice-Slurries unter praxisrelevanten Randbedingungen untersucht mit dem Ziel, Fließgesetze für die laminare und turbulente Strömung zu entwickeln. Hierzu werden geeignete Wasser-Additiv-Systeme ausgewählt und in einem Rohrviskosimeter über unterschiedliche Messstrecken unter Variation der Additive, der Additivkonzentration, der Strömungsgeschwindigkeit, der Temperatur und des Eisgehaltes gemessen. Basierend auf diesen Messergebnissen werden unterschiedliche Modelle zur Beschreibung des laminaren und turbulenten Fließverhaltens entwickelt, validiert und beurteilt. Den Abschluss dieser Untersuchung bilden Beispiele für die Anwendung der Ergebnisse. Hier wird dargestellt, welche Additive für die Praxis geeignet sind und wie anhand des hier entwickelten Modells Rohrleitungen dimensioniert und Betriebsparameter optimiert werden können.