Nassdampf
Nassdampf zeichnet sich durch die Dampfqualität aus , die von Null bis Eins reicht – Öffnungsintervall (0,1). Wenn die Dampfqualität gleich 0 ist, wird dies als gesättigter flüssiger Zustand (einphasig) bezeichnet. Wenn andererseits die Dampfqualität gleich 1 ist, wird dies als gesättigter Dampfzustand oder trockener Dampf (einphasig) bezeichnet. Zwischen diesen beiden Zuständen spricht man von Dampf-Flüssigkeits-Gemisch oder Nassdampf (Zweiphasengemisch). Bei konstantem Druck ändert eine Energiezugabe nicht die Temperatur des Gemisches, sondern die Dampfqualität und das spezifische Volumen. Im Falle von trockenDampf (100% Qualität) enthält 100% der bei diesem Druck verfügbaren latenten Wärme. Gesättigtes flüssiges Wasser, das keine latente Wärme und daher 0% Qualität aufweist, enthält daher nur fühlbare Wärme.
Typischerweise betreiben die meisten Kernkraftwerke mehrstufige Kondensationsdampfturbinen . In diesen Turbinen empfängt die Hochdruckstufe Dampf (dieser Dampf ist nahezu gesättigter Dampf – x = 0,995 – Punkt C in der Abbildung) von einem Dampferzeuger und leitet ihn an den Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzer (Punkt D) weiter. Der Dampf muss erneut erwärmt werden, um Schäden zu vermeiden, die durch minderwertigen Dampf an den Schaufeln der Dampfturbine entstehen können. Der Nacherhitzer erwärmt den Dampf (Punkt D) und der Dampf wird dann zur Niederdruckstufe der Dampfturbine geleitet, wo er sich ausdehnt (Punkt E bis F). Der verbrauchte Dampf hat einen Druck, der weit unter dem Atmosphärendruck liegt, und ist in einem teilweise kondensierten Zustand (Punkt F), typischerweise von einer Qualität nahe 90%.
Spezifische Nassdampfenthalpie
Die spezifische Enthalpie von gesättigtem flüssigem Wasser (x = 0) und trockenem Dampf (x = 1) kann aus den Dampftabellen entnommen werden. Bei feuchtem Dampf kann die tatsächliche Enthalpie mit der Dampfqualität x und den spezifischen Enthalpien von gesättigtem flüssigem Wasser und trockenem Dampf berechnet werden :
h nass = h s x + (1 – x) h l
wo
h nass = Enthalpie von nassem Dampf (J / kg)
h s = Enthalpie von “trockenem” Dampf (J / kg)
h l = Enthalpie des gesättigten flüssigen Wassers (J / kg)
Wie zu sehen ist, hat nasser Dampf immer eine geringere Enthalpie als trockener Dampf.
Spezifische Entropie von Nassdampf
In ähnlicher Weise kann die spezifische Entropie von gesättigtem flüssigem Wasser (x = 0) und trockenem Dampf (x = 1) aus Dampftabellen entnommen werden. Bei feuchtem Dampf kann die tatsächliche Entropie mit der Dampfqualität x und den spezifischen Entropien von gesättigtem flüssigem Wasser und trockenem Dampf berechnet werden:
s nass = s s x + (1 – x) s l
wo
s nass = Entropie des feuchten Dampfes (J / kg K)
s s = Entropie von “trockenem” Dampf (J / kg K)
s l = Entropie von gesättigtem flüssigem Wasser (J / kg K)
Spezifisches Nassdampfvolumen
In ähnlicher Weise kann das spezifische Volumen von gesättigtem flüssigem Wasser (x = 0) und trockenem Dampf (x = 1) aus Dampftabellen entnommen werden. Bei feuchtem Dampf kann das tatsächliche spezifische Volumen mit der Dampfqualität x und den spezifischen Volumina von gesättigtem flüssigem Wasser und trockenem Dampf berechnet werden :
v nass = v s x + (1 – x) v l
wo
v nass = spezifisches Volumen des feuchten Dampfes (m 3 / kg)
v s = spezifisches Volumen an “trockenem” Dampf (m 3 / kg)
v l = spezifisches Volumen an gesättigtem flüssigem Wasser (m 3 / kg)
Beispiel:
Eine Hochdruckstufe der Dampfturbine arbeitet im stationären Zustand mit Einlassbedingungen von 6 MPa, t = 275,6 ° C, x = 1 (Punkt C). Dampf verlässt diese Turbinenstufe mit einem Druck von 1,15 MPa, 186 ° C und x = 0,87 (Punkt D). Berechnen Sie die Enthalpiedifferenz zwischen diesen beiden Zuständen.
Die Enthalpie für den Zustand C kann direkt aus Dampftabellen entnommen werden, während die Enthalpie für den Zustand D anhand der Dampfqualität berechnet werden muss:
h 1, nass = 2785 kJ / kg
h 2, nass = h 2, s x + (1 – x) h 2, l = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg
Δh = 262 kJ / kg
Dampfqualität – Trockenheitsanteil
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. 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:
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).
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
Siehe auch: Drosselung von Dampf
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).
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.
