{"id":42464,"date":"2019-10-04T22:01:10","date_gmt":"2019-10-04T21:01:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/was-ist-unterkuhltes-kochen-definition\/"},"modified":"2021-06-15T11:36:31","modified_gmt":"2021-06-15T10:36:31","slug":"was-ist-unterkuhltes-sieden-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/de\/was-ist-unterkuhltes-sieden-definition\/","title":{"rendered":"Was ist unterk\u00fchltes Sieden – Definition"},"content":{"rendered":"
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Beim unterk\u00fchlten Sieden liegt die Temperatur des gr\u00f6\u00dften Teils der Fl\u00fcssigkeit unter der S\u00e4ttigungstemperatur, und an der Oberfl\u00e4che gebildete Blasen k\u00f6nnen in der Fl\u00fcssigkeit kondensieren. W\u00e4rmetechnik<\/div>\n<\/div>\n
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Unterk\u00fchltes Sieden<\/h2>\n
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Beim\u00a0unterk\u00fchlten Sieden<\/strong>\u00a0liegt die Temperatur des gr\u00f6\u00dften\u00a0Teils<\/strong>\u00a0der Fl\u00fcssigkeit unter der S\u00e4ttigungstemperatur, und an der Oberfl\u00e4che gebildete Blasen k\u00f6nnen\u00a0in der Fl\u00fcssigkeit kondensieren<\/strong>\u00a0.\u00a0Diese Kondensation (Kollabieren) erzeugt einen Ton mit einer Frequenz von ~ 100 Hz – 1 kHz.\u00a0Aus diesem Grund macht ein Wasserkocher die meisten Ger\u00e4usche, bevor das Wasser ges\u00e4ttigt kocht.\u00a0Der Begriff\u00a0Unterk\u00fchlung<\/strong>\u00a0bezieht sich auf eine Fl\u00fcssigkeit, die bei einer Temperatur\u00a0unterhalb<\/strong>\u00a0ihres normalen Siedepunkts\u00a0vorliegt\u00a0.<\/p>\n

\"Unterk\u00fchltes<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Unterk\u00fchltes Sieden in PWRs<\/h2>\n

Obwohl die fr\u00fchesten Kernkonstruktionen davon ausgegangen sind, dass\u00a0\u00a0unterk\u00fchltes Oberfl\u00e4chensieden<\/strong>\u00a0in\u00a0PWRs<\/strong><\/a>\u00a0nicht zul\u00e4ssig ist\u00a0, wurde diese Annahme bald verworfen, und die zweiphasige W\u00e4rme\u00fcbertragung ist nun auch in PWRs ein normaler W\u00e4rme\u00fcbertragungsmechanismus.\u00a0Bei PWRs im Normalbetrieb befindet sich\u00a0im Reaktorkern, in den Kreisl\u00e4ufen und in den Dampferzeugern\u00a0komprimiertes fl\u00fcssiges Wasser<\/a>\u00a0.\u00a0Der Druck wird bei ungef\u00e4hr\u00a016 MPa gehalten<\/strong>\u00a0.\u00a0Bei diesem Druck kocht Wasser bei ca.\u00a0350 \u00b0 C.<\/strong>(662 \u00b0 F), was einen Unterk\u00fchlungsspielraum (die Differenz zwischen der Druckbeaufschlagungstemperatur und der K\u00fchlmittelaustrittstemperatur im Reaktorkern) von 30 \u00b0 C ergibt. Bemerkenswerterweise betrifft diese Unterk\u00fchlungsspanne die Massentemperatur, da das Sieden in gro\u00dfen Mengen in jedem Fall verboten ist.<\/p>\n

Die Unterk\u00fchlungsspanne ist ein sehr wichtiger Sicherheitsparameter von PWRs, da das Massensieden im Reaktorkern ausgeschlossen werden muss.\u00a0Die Grundkonstruktion des\u00a0\u00a0Druckwasserreaktors\u00a0<\/strong> beinhaltet eine solche Anforderung, dass das K\u00fchlmittel (Wasser) im Reaktork\u00fchlsystem nicht sieden darf. Um dies zu erreichen, wird das K\u00fchlmittel im Reaktork\u00fchlmittelsystem auf einem Druck gehalten, der so hoch ist, dass bei den K\u00fchlmitteltemperaturen, die w\u00e4hrend des Betriebs der Anlage oder in einem analysierten \u00dcbergang auftreten, kein Sieden auftritt.<\/p>\n

Wie\u00a0im Beispiel berechnet wurde<\/a>\u00a0, stellt die Oberfl\u00e4chentemperatur T\u00a0Zr, 1<\/sub> = 325 \u00b0 C sicher, dass auch unterk\u00fchltes Sieden nicht auftritt. Es ist zu beachten, dass unterk\u00fchltes Sieden T\u00a0Zr<\/sub>\u00a0erfordert\u00a0, 1<\/sub>\u00a0= T\u00a0sat<\/sub>\u00a0.\u00a0Da die Einlasstemperaturen des Wassers normalerweise etwa\u00a0290 \u00b0 C<\/strong>\u00a0(554 \u00b0 F)\u00a0betragen\u00a0, ist es offensichtlich, dass dieses Beispiel dem unteren Teil des Kerns entspricht.\u00a0In h\u00f6heren Lagen des Kerns kann die Massentemperatur bis zu 330 \u00b0 C erreichen.\u00a0Der Temperaturunterschied von 29 \u00b0 C f\u00fchrt dazu, dass\u00a0unterk\u00fchltes Oberfl\u00e4chensieden auftreten kann<\/strong> (330 \u00b0 C + 29 \u00b0 C> 350 \u00b0 C). Auf der anderen seite, Sieden\u00a0<\/strong>an der Oberfl\u00e4che st\u00f6rt effektiv die stagnierende Schicht und daher erh\u00f6ht das Blasensieden die F\u00e4higkeit einer Oberfl\u00e4che, W\u00e4rmeenergie<\/a>\u00a0auf Sch\u00fcttgut\u00a0zu \u00fcbertragen, erheblich\u00a0.\u00a0Infolgedessen steigt der konvektive W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizient signifikant an und daher nimmt in h\u00f6heren Lagen die Temperaturdifferenz (T\u00a0Zr, 1<\/sub>\u00a0– T\u00a0Volumen<\/sub>\u00a0) signifikant ab.<\/p>\n

Im Fall von\u00a0PWRs<\/a>\u00a0wird das kritische Sicherheitsproblem als\u00a0DNB<\/strong>\u00a0(\u00a0Abweichung vom Sieden der Keime<\/strong>\u00a0) bezeichnet, was zur Bildung einer\u00a0lokalen Dampfschicht f\u00fchrt<\/strong>\u00a0, was zu einer dramatischen Verringerung der W\u00e4rme\u00fcbertragungsf\u00e4higkeit f\u00fchrt.\u00a0Dieses Ph\u00e4nomen tritt im unterk\u00fchlten Bereich oder im Bereich geringer Qualit\u00e4t auf.\u00a0Das Verhalten der Siedekrise h\u00e4ngt von vielen Str\u00f6mungsbedingungen (Druck, Temperatur, Str\u00f6mungsgeschwindigkeit) ab, aber die Siedekrise tritt bei relativ hohen W\u00e4rmestr\u00f6men auf und scheint mit der an die Oberfl\u00e4che angrenzenden Blasenwolke verbunden zu sein.\u00a0Diese Blasen oder Dampffilme reduzieren die Menge des einstr\u00f6menden Wassers.\u00a0Da dieses Ph\u00e4nomen den W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizienten verschlechtert und der W\u00e4rmefluss erhalten bleibt,\u00a0sammelt sich<\/strong>\u00a0W\u00e4rme\u00a0an<\/strong>in dem Brennstab verursacht\u00a0dramatischen Anstieg<\/strong>\u00a0von Mantel- und\u00a0Kraftstofftemperatur<\/strong>\u00a0.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Flie\u00dfsieden<\/h2>\n

\"Flie\u00dfkochen<\/a>Beim\u00a0Flie\u00dfsieden<\/strong>\u00a0(oder\u00a0erzwungenen Konvektionssieden<\/strong>\u00a0) wird der Fl\u00fcssigkeitsstrom durch externe Mittel wie eine Pumpe sowie durch Auftriebseffekte \u00fcber eine Oberfl\u00e4che gedr\u00fcckt.\u00a0Daher wird das Flie\u00dfsieden immer von anderen Konvektionseffekten begleitet.\u00a0Die Bedingungen h\u00e4ngen stark von der Geometrie ab, die eine externe Str\u00f6mung \u00fcber beheizte Platten und Zylinder oder eine interne Str\u00f6mung (Kanalstr\u00f6mung) beinhalten kann.\u00a0In Kernreaktoren sind die meisten Siedesysteme nur erzwungenes Konvektionssieden.\u00a0Das Flie\u00dfsieden wird auch als externes und internes Flie\u00dfsieden klassifiziert, abh\u00e4ngig davon, ob das Fluid gezwungen wird, \u00fcber eine beheizte Oberfl\u00e4che oder innerhalb eines beheizten Kanals zu flie\u00dfen.<\/p>\n

Das Sieden mit interner Str\u00f6mung ist von Natur aus viel komplizierter als das Sieden mit \u00e4u\u00dferer Str\u00f6mung, da es keine freie Oberfl\u00e4che gibt, auf der der Dampf entweichen kann, und somit sowohl die Fl\u00fcssigkeit als auch der Dampf gezwungen werden, zusammen zu flie\u00dfen. Die Zweiphasenstr\u00f6mung in einem Rohr zeigt je nach den relativen Mengen der Fl\u00fcssigkeits- und der Dampfphase unterschiedliche Str\u00f6mungssiedezust\u00e4nde. Daher wird internes Zwangskonvektionssieden \u00fcblicherweise als Zweiphasenstr\u00f6mung bezeichnet<\/strong>\u00a0.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Korrelationen des Siedens von Keimen – Flie\u00dfsieden<\/h2>\n<\/div>\n<\/div>\n
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McAdams-Korrelation<\/h2>\n

Bei voll entwickeltem Keimen mit ges\u00e4ttigtem K\u00fchlmittel wird die Wandtemperatur durch lokalen W\u00e4rmefluss und Druck bestimmt und ist nur geringf\u00fcgig von der\u00a0Reynolds-Zahl<\/a>\u00a0abh\u00e4ngig\u00a0.\u00a0F\u00fcr unterk\u00fchltes Wasser bei absoluten Dr\u00fccken zwischen 0,1 und 0,6 MPa\u00a0ergibt die\u00a0McAdams-Korrelation<\/strong>\u00a0:<\/p>\n

\"Kernsieden<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Thom-Korrelation<\/h2>\n

Die\u00a0Thom-Korrelation<\/strong> gilt f\u00fcr das Flie\u00dfsieden (unterk\u00fchlt oder ges\u00e4ttigt bei Dr\u00fccken bis zu etwa 20 MPa) unter Bedingungen, bei denen der Beitrag zum Blasensieden gegen\u00fcber der erzwungenen Konvektion \u00fcberwiegt. Diese Korrelation ist n\u00fctzlich f\u00fcr eine grobe Sch\u00e4tzung der erwarteten Temperaturdifferenz angesichts des W\u00e4rmeflusses:<\/p>\n

\"Keimkochen<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Chens Korrelation<\/h2>\n

1963 schlug\u00a0Chen<\/strong>\u00a0die erste Str\u00f6mungssiedekorrelation f\u00fcr die Verdampfung in vertikalen Rohren vor, um eine weit verbreitete Verwendung zu erreichen.\u00a0Chens Korrelation<\/strong>\u00a0umfasst sowohl die\u00a0W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizienten<\/a>\u00a0aufgrund des\u00a0Siedens<\/strong>\u00a0von\u00a0Keimen<\/strong>\u00a0als auch\u00a0erzwungene Konvektionsmechanismen<\/strong>. Es ist zu beachten, dass bei h\u00f6heren Dampfanteilen der W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizient stark mit der Durchflussrate variiert. Die Str\u00f6mungsgeschwindigkeit in einem Kern kann sehr hoch sein und sehr hohe Turbulenzen verursachen. Dieser W\u00e4rme\u00fcbertragungsmechanismus wurde als “erzwungene Konvektionsverdampfung” bezeichnet. Es wurden keine geeigneten Kriterien festgelegt, um den \u00dcbergang vom Blasensieden zur erzwungenen Konvektionsverdampfung zu bestimmen. Eine einzige Korrelation, die sowohl f\u00fcr das Blasensieden als auch f\u00fcr die erzwungene Konvektionsverdampfung gilt, wurde von Chen f\u00fcr ges\u00e4ttigte Siedebedingungen entwickelt und um das unterk\u00fchlte Sieden durch andere erweitert. Chen schlug eine Korrelation vor, bei der der W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizient die Summe<\/strong>\u00a0einer\u00a0erzwungenen Konvektionskomponente<\/strong>\u00a0und eines\u00a0Siedens der Keime ist<\/strong>Komponente.\u00a0Es muss angemerkt werden, dass die Korrelation des Siedepunktsiedens von Forster und Zuber (1955) verwendet wird, um den W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizienten des Siedens\u00a0von Nukleaten zu berechnen\u00a0, h\u00a0FZ<\/sub>\u00a0und die Korrelation der turbulenten Str\u00f6mung von Dittus-Boelter (1930), um die Fl\u00fcssigphase zu berechnen konvektiver W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizient, h\u00a0l<\/sub>\u00a0.<\/p>\n

\"Chens-Korrelation<\/a><\/p>\n

Der Keimunterdr\u00fcckungsunterdr\u00fcckungsfaktor S ist das Verh\u00e4ltnis der effektiven \u00dcberhitzung zur Wand\u00fcberhitzung. Dies f\u00fchrt zu einer verringerten W\u00e4rme\u00fcbertragung beim Sieden, da die effektive \u00dcberhitzung \u00fcber die Grenzschicht geringer ist als die \u00dcberhitzung basierend auf der Wandtemperatur. Der Zweiphasenmultiplikator F ist eine Funktion des Martinelli-Parameters \u03c7 tt<\/sub> .<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen \u00dcbersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie k\u00f6nnen uns helfen. Wenn Sie die \u00dcbersetzung korrigieren m\u00f6chten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder f\u00fcllen Sie das Online-\u00dcbersetzungsformular aus. Wir bedanken uns f\u00fcr Ihre Hilfe und werden die \u00dcbersetzung so schnell wie m\u00f6glich aktualisieren. Danke.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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