Wärmeübertragung
Die Wärmeübertragung ist eine technische Disziplin, die sich mit der Erzeugung, Nutzung, Umwandlung und dem Austausch von Wärme (Wärmeenergie) zwischen physikalischen Systemen befasst. In der Energietechnik werden wichtige Parameter und Werkstoffe von Wärmetauschern bestimmt. Die Wärmeübertragung wird normalerweise in verschiedene Mechanismen eingeteilt, wie zum Beispiel:
- Wärmeleitung . Die Wärmeleitung, auch Diffusion genannt, findet innerhalb eines Körpers oder zwischen zwei sich berührenden Körpern statt. Es ist der direkte mikroskopische Austausch der kinetischen Energie von Partikeln durch die Grenze zwischen zwei Systemen. Wenn ein Gegenstand eine andere Temperatur hat als ein anderer Körper oder seine Umgebung
- Wärmekonvektion . Die Wärmekonvektion hängt von der Bewegung der Masse von einer Raumregion zur anderen ab. Wärmekonvektion tritt auf, wenn der Massenstrom eines Fluids (Gas oder Flüssigkeit) zusammen mit dem Materiestrom im Fluid Wärme transportiert.
- Wärmestrahlung. Strahlung ist die Wärmeübertragung durch elektromagnetische Strahlung wie Sonnenschein, ohne dass Materie im Raum zwischen Körpern vorhanden sein muss.
Wärmeübertragung in der Nukleartechnik – Anwendung
Wärmeübertragung ist häufig in technischen Systemen und anderen Aspekten des Lebens anzutreffen, und man muss nicht sehr weit gehen, um einige Anwendungsbereiche der Wärmeübertragung zu erkennen.
Detaillierte Kenntnisse der Wärmeübertragungsmechanismen sind sowohl für Reaktoringenieure als auch für alle anderen Ingenieure von wesentlicher Bedeutung. Ein Kernkraftwerk (Kernkraftwerk) sieht mit einer Ausnahme wie ein Standard-Wärmekraftwerk aus. Die Wärmequelle im Kernkraftwerk ist ein Kernreaktor . Wie in allen herkömmlichen Wärmekraftwerken üblich, wird die Wärme zur Erzeugung von Dampf verwendet, der eine Dampfturbine antreibt, die mit einem Generator verbunden ist, der Strom erzeugt. In Kernkraftwerken produzieren Reaktoren jedoch eine enorme Menge an Wärme (Energie) auf kleinem Raum. Die Dichte der Energieerzeugung ist sehr groß und stellt Anforderungen an das Wärmeübertragungssystem (Reaktorkühlsystem). Deshalb müssen wir mit der Erzeugung und Entfernung der Reaktorwärme aus dem Reaktor beginnen.
Damit ein Reaktor im eingeschwungenen Zustand arbeitet, muss die gesamte im System freigesetzte Wärme so schnell abgeführt werden, wie sie erzeugt wird . Dies wird erreicht, indem ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel durch den Kern und durch andere Bereiche geleitet wird, in denen Wärme erzeugt wird. Die Wärmeübertragung muss gleich oder größer als die Wärmeerzeugungsrate oder Überhitzung sein, und es kann zu einer möglichen Beschädigung des Brennstoffs kommen. Die Art und der Betrieb dieses Kühlmittelsystems sind eine der wichtigsten Überlegungen bei der Auslegung eines Kernreaktors.
Es ist anzumerken, dass es aus rein nuklearer Sicht theoretisch keine Obergrenze für die Wärmeleistung des Reaktors gibt, die von jedem kritischen Reaktor mit einem ausreichenden Reaktivitätsüberschuss erreicht werden kann, um seine negativen Temperaturrückkopplungen zu überwinden. In jedem Kernreaktor besteht eine direkte Proportionalität zwischen dem Neutronenfluss und der thermischen Leistung des Reaktors . Der Begriff Wärmeleistung wird üblicherweise verwendet, da er die Geschwindigkeit bezeichnet, mit der Wärme im Reaktorkern als Ergebnis von Spaltungen im Brennstoff erzeugt wird. Darüber hinaus muss ein kritischer Reaktor für kurze Zeit keinen hohen Reaktivitätsüberschuss aufweisen, wie dies bei schnellen Reaktivitätsexkursionen der Fall ist.
Kurz gesagt, fast jeder Reaktor kann die Fähigkeit der Wärmeabfuhr seines Kühlmittelsystems übertreffen. Über diesen Punkt hinaus würde sich der Kraftstoff erwärmen und sehr hohe Temperaturen erreichen. Diese Situation muss vom Reaktorbetreiber und von den Reaktorsicherheitssystemen vermieden werden. Es ist wichtig, dass das Gleichgewicht zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeabfuhrrate eingehalten wird, um diese Temperaturen zu vermeiden, die zum Versagen von Kraftstoff oder anderen Strukturmaterialien führen können. In der Reaktortechnik beschreibt die Thermohydraulik von Kernreaktoren den Aufwand, der mit der Kopplung von Wärmeübertragung und Fluiddynamik verbunden ist, um die gewünschte Wärmeabfuhrrate aus dem Kern sowohl unter normalen Betriebs- als auch unter Unfallbedingungen zu erreichen.
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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.
