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Was ist gesättigte und unterkühlte Flüssigkeit – Definition

Wasser mit Sättigungstemperatur und -druck mit x = 0 ist eine gesättigte Flüssigkeit. Bei niedrigeren Temperaturen wird es entweder als unterkühlte Flüssigkeit oder als komprimierte Flüssigkeit bezeichnet. Wärmetechnik

Gesättigte und unterkühlte Flüssigkeit

Phasendiagramm von Wasser
Phasendiagramm von Wasser.
Quelle: wikipedia.org CC BY-SA

Wie aus dem Phasendiagramm von Wasser ersichtlich ist, wird in den Zweiphasenbereichen (z. B. an der Grenze der Dampf- / Flüssigphasen) durch alleinige Angabe der Temperatur der Druck und durch Angabe des Drucks die Temperatur eingestellt.

  • Die Sättigungsdampfkurve ist die Kurve, die den Zweiphasenzustand und den überhitzten Dampfzustand im Ts-Diagramm trennt.
  • Die Sättigungsflüssigkeitskurve ist die Kurve, die den unterkühlten Flüssigkeitszustand und den Zweiphasenzustand im Ts-Diagramm trennt .

Wenn ein Wasser bei Sättigungstemperatur und -druck mit einer Qualität von x = 0 als Flüssigkeit vorliegt , spricht man von einem gesättigten flüssigen Zustand (einphasig). Wenn die Temperatur der Flüssigkeit niedriger als die Sättigungstemperatur für den vorhandenen Druck ist, wird sie entweder als unterkühlte Flüssigkeit oder als komprimierte Flüssigkeit bezeichnet . Der Begriff Unterkühlung bezieht sich auf eine Flüssigkeit, die bei einer Temperatur unterhalb ihres normalen Siedepunkts vorliegt . Beispielsweise kocht Wasser normalerweise bei 100 ° C (bei atmosphärischem Druck); Bei Raumtemperatur 20 ° C wird das Wasser als “unterkühlt” bezeichnet. Analog wird die Unterkühlung auch in der Nukleartechnik definiert, jedoch für einen anderen Zweck.

Beispielsweise kann die Temperatur im Druckbeaufschlagungsgerät bei 350 ° C (662 ° F) gehalten werden, was einen Unterkühlungsspielraum (die Differenz zwischen der Druckbeaufschlagungstemperatur und der höchsten Temperatur im Reaktorkern) von 30 ° C ergibt. Die Unterkühlungsspanne ist ein sehr wichtiger Sicherheitsparameter von PWRs, da das sieden im Reaktorkern ausgeschlossen werden muss.

Dampfqualität – Trockenheitsanteil

unterkühlte Flüssigkeit-minWie aus dem Phasendiagramm von Wasser ersichtlich ist , wird in den Zweiphasenbereichen (z. B. an der Grenze der Dampf- / Flüssigphasen) durch alleinige Angabe der Temperatur der Druck und durch Angabe des Drucks die Temperatur eingestellt. Diese Parameter definieren jedoch nicht das Volumen und die Enthalpie, da wir den relativen Anteil der beiden vorhandenen Phasen kennen müssen .

Der Massenanteil des Dampfes in einem zweiphasigen Flüssig-Dampf-Bereich wird als Dampfqualität (oder Trockenheitsanteil) x bezeichnet und ist nach folgender Formel gegeben:

Dampfqualität

Der Wert der Qualität reicht von Null bis Eins . Obwohl als Verhältnis definiert, wird die Qualität häufig als Prozentsatz angegeben. Unter diesem Gesichtspunkt unterscheiden wir drei grundlegende Arten von Dampf. Es muss hinzugefügt werden, bei x = 0 handelt es sich um einen gesättigten flüssigen Zustand (einphasig).

  • Nasser Dampf
  • Trockener Dampf
  • Überhitzter Dampf

Diese Klassifizierung von Dampf hat ihre Grenzen. Berücksichtigen Sie das Verhalten des Systems, das auf den Druck erwärmt wird, der höher als der kritische Druck ist . In diesem Fall würde sich die Phase von Flüssigkeit zu Dampf nicht ändern . In allen Staaten würde es nur eine Phase geben. Verdampfung und Kondensation können nur auftreten, wenn der Druck unter dem kritischen Druck liegt. Die Begriffe Flüssigkeit und Dampf verlieren tendenziell ihre Bedeutung.

Siehe auch: Sättigung

Eigenschaften von Dampf – Dampftabellen

Wasser und Dampf sind eine übliche Flüssigkeit, die für den Wärmeaustausch im Primärkreis (von der Oberfläche der Brennstäbe zum Kühlmittelstrom) und im Sekundärkreis verwendet wird. Es wird aufgrund seiner Verfügbarkeit und hohen Wärmekapazität sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen verwendet. Aufgrund seiner sehr großen latenten Verdampfungswärme ist es besonders effektiv, Wärme durch Verdampfung und Kondensation von Wasser zu transportieren .

Ein Nachteil ist, dass wassermoderierte Reaktoren einen Hochdruck-Primärkreislauf verwenden müssen, um Wasser in flüssigem Zustand zu halten und um einen ausreichenden thermodynamischen Wirkungsgrad zu erreichen. Wasser und Dampf reagieren auch mit Metallen, die üblicherweise in Industrien wie Stahl und Kupfer vorkommen und durch unbehandeltes Wasser und Dampf schneller oxidiert werden. In fast allen Wärmekraftwerken (Kohle, Gas, Kernkraftwerke) wird Wasser als Arbeitsmedium (in einem geschlossenen Kreislauf zwischen Kessel, Dampfturbine und Kondensator) und als Kühlmittel (zum Austausch der Abwärme an einen Wasserkörper) verwendet oder durch Verdunstung in einem Kühlturm wegtragen).

Eigenschaften von Wasserdampftabellen
Dampftabellen – gemeinsame Parameter in Energiesystemen

Wasser und Dampf sind ein gängiges Medium, da ihre Eigenschaften sehr bekannt sind. Ihre Eigenschaften sind in sogenannten „ Dampftabellen “ aufgeführt. In diesen Tabellen sind die Grund- und Schlüsseleigenschaften wie Druck, Temperatur, Enthalpie, Dichte und spezifische Wärme entlang der Dampf-Flüssigkeits-Sättigungskurve als Funktion von Temperatur und Druck tabellarisch aufgeführt. Die Eigenschaften werden auch einphasige Zustände (tabellarisch für Druckwasseroder Heißdampf bis 2000 erstreckt) auf einem Raster von Temperaturen und Drücken ºC und 1000 MPa.

Weitere umfassende maßgebliche Daten finden Sie auf der NIST-Webseite zu den thermophysikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten.

Siehe auch: Dampftabellen

Besondere Referenz: Allan H. Harvey. Thermodynamische Eigenschaften von Wasser, NISTIR 5078. Abgerufen von https://www.nist.gov/sites/default/files/documents/srd/NISTIR5078.htm

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.