Hallo!
On 03.04.2013 10:31, Ole Jansen wrote:
> Ein runder Kupferspiegel (d=20mm) wird im Vakuum betrieben und soll
> als Filter arbeiten, d.h. den gewünschten Spektralbereich reflektieren
> bzw. den unerwünschten Spektralbereich absorbieren.
>
> Dabei würden bis zu 5kW (~16W/mm^2) im Spiegel bleiben.
Jawoll-ja! Das ist ein Vielfaches der Flächenleistungsdichte von
Brennstäben in einem Atomkraftwerk.
> Der Spiegel soll mit Wasser gekühlt werden damit die Oberfläche nicht
> zu heiß wird (ca. <500°C)
Das wird spannend. Du verlierst alleine durch die Wärmeleitung um die
40K pro Millimeter Material.
> - Weiß jemand wo ich nachlesen kann wie am besten
> so eine Kühlung ausgelegt werden kann bzw.
> was "best Practice" ist? Wie viel Leistung kann
> theoretisch maximal pro mm^2 weg gekühlt werden?
Sehr viel, aber praktikabel ist das nicht. ;-)
Du musst unbedingt die Fläche vergrößern, sonst bekommst Du Filmsieden,
und dann ist alles vorbei. Und ich würde mir überlegen, doch Kavitation
zu erlauben. Damit bekommst Du wesentlich mehr Leistung weg. Die Pumpe
muss halt ordentlich Druck machen. Aber die Verdampfungsenthalpie ist im
Gegenzug nicht zu verachten.
Technisch praktikabel und sicher sind laut Wikipedia so um die 0,3W/mm²
bei Wasserkühlung mit Blasensieden. Auf gut Deutsch, Du solltest aus dem
Kupfer erst mal eine sich nach hinten deutlich vergrößernde Fläche mit
Rippenoberfläche machen, so dass Du auf etwa 20000 mm² kommst. Achte
darauf, dass die Rippen keine der heißen Seite zugewandten, engen Radien
haben, sonst gibt es da gleich wieder Filmsieden.
> - Wie bekäme ich genug Kühlwasser mit ausreichend turbulenter
> Strömung durch so ein kleines Bauteil, ohne daß ich es durch
> Kavitation zerstöre oder Filmverdampfung riskiere?
> Könnte dies auch funktionieren, wenn lediglich "Stadtwasser"
> Druck zur Verfügung stünde?
Meine Abschätzung gilt für Normaldruck. Mit Druck kannst Du AFAIK noch
mal einen Faktor 2 holen. Aber 3 Bar sind da nur Peanuts.
> Erste Idee ist, die Wasser Zu- und Abführung koaxial
> anzuordnen und Wasser gegen die Innenseite der Stirnfläche zu
> spritzen.
Vergiss es. Erst mal muss eine größere Fläche her. Und radiale Rippen
würde ich ohne gescheite Strömungs-Simulation nicht wagen.
> Oder Wäre ein "Strudel" von außen nach innen besser?
Nein. Eher noch schlechter.
Marcel