Übergangssieden – partielles Filmsieden
Einteilung nach Wandüberhitzungstemperatur, ΔT ges .
Die Pionierarbeit zum sieden wurde 1934 von S. Nukiyama geleistet , der in seinen Experimenten elektrisch beheizte Nichrom- und Platindrähte verwendete, die in Flüssigkeiten eingetaucht waren. Nukiyama war der erste, der mit seinem Apparat verschiedene Systeme zum sieden von Becken identifizierte . Er bemerkte, dass das sieden unterschiedliche Formen annimmt, abhängig vom Wert der Wandüberhitzungstemperatur ΔT sat (auch als Übertemperatur bekannt) , die als Differenz zwischen der Wandtemperatur T wall und der Sättigungstemperatur T sat definiert ist .
Es werden vier verschiedene Siedebedingungen des Poolsiedens (basierend auf der Übertemperatur) beobachtet:
- Natural Convection Boiling AT saß <5 ° C
- Blasensieden 5 ° C < AT saß <30 ° C
- Übergangssieden 30 ° C <& Dgr ; T gesättigt <200 ° C
- Filmsieden 200 ° C < ΔT ges
Übergang sieden
Der Wärmefluss durch Blasensieden kann nicht auf unbestimmte Zeit erhöht werden. Bei einem gewissen Wert, den wir als „ kritischen Wärmefluss “ ( CHF ) bezeichnen, kann der erzeugte Dampf eine isolierende Schicht über der Oberfläche bilden, was wiederum den Wärmeübergangskoeffizienten verschlechtert. Dies liegt daran, dass ein großer Teil der Oberfläche von einem Dampffilm bedeckt ist, der aufgrund der im Vergleich zur Flüssigkeit geringen Wärmeleitfähigkeit des Dampfes als Wärmeisolierung wirkt. Unmittelbar nach Erreichen des kritischen Wärmestroms wird das Sieden instabil und es kommt zum Übergangssieden. Der Übergang vom Blasensieden zum Filmsieden wird als ” Siedekrise ” bezeichnet. Da über den CHF-Punkt hinaus der Wärmeübergangskoeffizient abnimmt, ist der Übergang zum Filmsieden in der Regel unvermeidlich.
Kritischer Wärmestrom
Wie bereits geschrieben, sind in Kernreaktoren Einschränkungen des lokalen Wärmeflusses für die Reaktorsicherheit von höchster Bedeutung. Bei Druckwasserreaktoren und auch bei Siedewasserreaktoren gibt es thermohydraulische Phänomene, die zu einer plötzlichen Abnahme der Effizienz der Wärmeübertragung führen (genauer gesagt des Wärmeübergangskoeffizienten ). Diese Phänomene treten bei einem bestimmten Wert des Wärmeflusses auf, der als „ kritischer Wärmefluss “ bezeichnet wird. Die Phänomene, die die Verschlechterung der Wärmeübertragung verursachen, sind für PWRs und für BWRs unterschiedlich.
Bei beiden Reaktortypen ist das Problem mehr oder weniger mit der Abweichung vom Sieden der Keime verbunden. Der Wärmefluss beim sieden der Keime kann nicht unbegrenzt erhöht werden. Bei einem bestimmten Wert, den wir als „ kritischen Wärmefluss “ ( CHF ) bezeichnen, kann der erzeugte Dampf eine Isolierschicht über der Oberfläche bilden, was wiederum den Wärmeübergangskoeffizienten verschlechtert. Unmittelbar nach Erreichen des kritischen Wärmeflusses wird das sieden instabil und es tritt ein Filmsieden auf. Der Übergang vom Blasensieden zum Filmsieden wird als „ Siedekrise “ bezeichnet. Wie geschrieben wurde, sind die Phänomene, die die Verschlechterung der Wärmeübertragung verursachen, für PWRs und für BWRs unterschiedlich.
Minimaler Wärmestrom – Leidenfrostpunkt
Der Leidenfrostpunkt , der dem minimalen Wärmefluss entspricht , ist von praktischem Interesse, da er die Untergrenze für den Wärmefluss im Filmsiedebereich darstellt. Wenn der Wärmefluss unter dieses Minimum fällt, kollabiert der Film, wodurch die Oberfläche abkühlt und das sieden der Keime wiederhergestellt wird. Daher tritt zu diesem Zeitpunkt eine Rückkehr zum Keimen der Keime (RNB) auf. Die Begriffe Abschrecken, minimaler Wärmefluss, Rückkehr zum Keimen der Keime, Abweichung vom Filmsieden, Zusammenbruch des Filmsiedens und Leidenfrostpunkt wurden synonym verwendet, um verschiedene Formen der Wiederbenetzung zu bezeichnen, aber sie sind nicht genau synonym.
Unter Verwendung der Stabilitätstheorie leitete Zuber den folgenden Ausdruck für den minimalen Wärmefluss (und den entsprechenden Leidenfrostpunkt ) für eine große horizontale Platte ab:
wo
- q min – minimaler Wärmefluss [W / m 2 ]
- h fg – Verdampfungsenthalpie, J / kg
- g – Gravitationsbeschleunigung m / s 2
- ρ l – Dichte der Flüssigkeit kg / m 3
- ρ v – Dampfdichte kg / m 3
- σ – Grenzfläche zwischen Oberflächenspannung, Flüssigkeit und Dampf N / m
Leidenfrost-Effekt
Der Leidenfrost-Effekt ist ein physikalisches Phänomen, bei dem eine Flüssigkeit in nahezu Kontakt mit einer Masse, die erheblich heißer ist (z. B. ein Wassertropfen in einer heißen Pfanne) als der Siedepunkt der Flüssigkeit, eine isolierende Dampfschicht erzeugt, die verhindert, dass diese Flüssigkeit schnell siedet. Die Tatsache, dass ein Wassertropfen langlebig ist, wenn er auf Metall abgelagert wird, das viel heißer als die Siedetemperatur von Wasser ist, wurde erstmals 1732 von Hermann Boerhaave berichtet. Er wurde erst 1756 ausführlich untersucht, als ein deutscher Arzt Johann Gottlob Leidenfrost ” A veröffentlichte Traktat über einige Eigenschaften des gemeinsamen Wassers. ”
Dieser Effekt kann häufig während des siedens demonstriert werden, wenn man Wassertropfen in eine Pfanne streut, um deren Temperatur zu messen: Wenn die Temperatur der Pfanne am oder über dem Leidenfrostpunkt liegt , rutscht das Wasser über die Pfanne und es dauert länger, bis es verdunstet als in einer Pfanne unterhalb der Temperatur des Leidenfrostpunktes (aber immer noch oberhalb der Siedetemperatur). Der Leidenfrostpunkt, der dem minimalen Wärmefluss entspricht, ist von praktischem Interesse, da er die Untergrenze für den Wärmefluss im Filmsiedebereich darstellt. Wenn der Wärmefluss unter dieses Minimum fällt, kollabiert der Film, wodurch die Oberfläche abkühlt und das sieden der Keime wiederhergestellt wird. Der Leidenfrost-Effekt ist auch für die Fähigkeit von flüssigem Stickstoff verantwortlich, über Böden zu schleudern.
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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.
