Was ist Wärmeleitung – Definition

Wärmeleitung mit Wärmeerzeugung

Wärmeleitung mit Wärmeerzeugung

Im vorhergehenden Abschnitt betrachteten wir Wärmeleitungsproblemeohne interne Wärmequellen . Für diese Probleme wurde die Temperaturverteilung in einem Medium ausschließlich durch Bedingungen an den Grenzen des Mediums bestimmt. In der Technik können wir jedoch häufig auf ein Problem stoßen, bei dem interne Wärmequellen von Bedeutung sind und die Temperaturverteilung zusammen mit den Randbedingungen bestimmen.

In der Nukleartechnik sind diese Probleme von höchster Bedeutung, da der größte Teil der im Kernbrennstoff erzeugten Wärme in den Brennstoffpellets freigesetzt wird und die Temperaturverteilung in erster Linie durch die Wärmeerzeugungsverteilung bestimmt wird. Es ist zu beachten, dass, wie aus der Beschreibung der einzelnen Komponenten der Gesamtenergie, die während der Spaltreaktion freigesetzt wird, ersichtlich ist, eine erhebliche Menge an Energie außerhalb des Kernbrennstoffs (außerhalb der Brennstäbe) erzeugt wird. Insbesondere die kinetische Energie von schnellen Neutronen wird weitgehend im Kühlmittel ( Moderator ) erzeugt . Dieses Phänomen muss in die nuklearen Berechnungen einbezogen werden.

Für LWR wird allgemein angenommen, dass etwa 2,5% der Gesamtenergie im Moderator zurückgewonnen werden . Dieser Energieanteil ist abhängig von den Materialien, deren Anordnung im Reaktor und damit vom Reaktortyp.

Beachten Sie, dass die Wärmeerzeugung ein volumetrisches Phänomen ist. Das heißt, es tritt im gesamten Körper eines Mediums auf. Daher wird die Geschwindigkeit der Wärmeerzeugung in einem Medium üblicherweise pro Volumeneinheit angegeben und mit g _V [W / m ³ ] bezeichnet .

Die Temperaturverteilung und dementsprechend der Wärmestrom wird hauptsächlich bestimmt durch:

• Geometrie und Randbedingungen . Unterschiedliche Geometrie führt zu völlig unterschiedlichen Temperaturfeldern.
• Wärmeerzeugungsrate . Der Temperaturabfall durch den Körper nimmt mit zunehmender Wärmeerzeugung zu.
• Wärmeleitfähigkeit des Mediums . Eine höhere Wärmeleitfähigkeit führt zu einem geringeren Temperaturabfall.