{"id":53300,"date":"2020-03-04T13:46:53","date_gmt":"2020-03-04T12:46:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/was-ist-kochen-und-kondensation-definition\/"},"modified":"2021-06-08T10:59:49","modified_gmt":"2021-06-08T09:59:49","slug":"was-ist-sieden-und-kondensation-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/de\/was-ist-sieden-und-kondensation-definition\/","title":{"rendered":"Was ist Sieden und Kondensation – Definition"},"content":{"rendered":"
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Sieden und Kondensation unterscheiden sich von anderen Konvektionsformen dadurch, dass sie von der latenten Verdampfungsw\u00e4rme abh\u00e4ngen, die sehr hoch ist. Sieden und Kondensation<\/div>\n<\/div>\n
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Sieden und Kondensation<\/h2>\n
\"Phasendiagramm<\/a>
Phasendiagramm von Wasser.
\nQuelle: wikipedia.org CC BY-SA<\/figcaption><\/figure>\n

In den vorhergehenden Kapiteln haben wir die\u00a0konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung<\/strong><\/a>\u00a0mit sehr wichtigen Annahmen\u00a0er\u00f6rtert\u00a0.\u00a0Wir haben eine\u00a0einphasige konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung<\/strong>\u00a0ohne Phasenwechsel angenommen.\u00a0In diesem Kapitel konzentrieren wir uns auf die konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung, die mit der\u00a0Phasen\u00e4nderung eines Fluids verbunden ist<\/strong> .\u00a0Insbesondere betrachten wir Prozesse, die an einer Fest-Fl\u00fcssig- oder Fest-Dampf-Grenzfl\u00e4che auftreten k\u00f6nnen, n\u00e4mlich Sieden (Phasenwechsel von Fl\u00fcssigkeit zu Dampf) und\u00a0Kondensation<\/strong>\u00a0(Phasenwechsel von Dampf zu Fl\u00fcssigkeit).<\/p>\n

In diesen F\u00e4llen\u00a0sind<\/strong>\u00a0die mit dem Phasenwechsel verbundenen\u00a0Latentw\u00e4rmeeffekte<\/strong>\u00a0signifikant.\u00a0Latente W\u00e4rme<\/a>\u00a0,<\/strong>\u00a0auch als Verdampfungsenthalpie bekannt, ist die W\u00e4rmemenge, die einer Substanz zugesetzt oder von ihr entfernt wird, um eine Phasen\u00e4nderung zu erzeugen.\u00a0Diese Energie baut die intermolekularen Anziehungskr\u00e4fte auf und muss auch die Energie liefern, die zur Expansion des Gases erforderlich ist (die\u00a0p\u0394V-Arbeit<\/strong>\u00a0).\u00a0Wenn\u00a0latente W\u00e4rme<\/strong>\u00a0hinzugef\u00fcgt wird, tritt keine Temperatur\u00e4nderung auf.<\/p>\n

\"Latente<\/a>
Die Verdampfungsw\u00e4rme nimmt mit zunehmendem Druck ab, w\u00e4hrend der Siedepunkt steigt.\u00a0Es verschwindet vollst\u00e4ndig an einem bestimmten Punkt, der als kritischer Punkt bezeichnet wird.<\/figcaption><\/figure>\n

Die\u00a0Verdampfungsenthalpie<\/strong>\u00a0ist eine Funktion des Drucks, bei dem diese Umwandlung stattfindet.<\/p>\n

Latente Verdampfungsw\u00e4rme – Wasser mit 0,1 MPa (atmosph\u00e4rischer Druck)<\/p>\n

h\u00a0<\/strong>lg<\/sub><\/strong>\u00a0= 2257 kJ \/ kg<\/strong><\/p>\n

Latente Verdampfungsw\u00e4rme – Wasser mit 3 MPa (Druck in einem Dampferzeuger)<\/p>\n

h\u00a0<\/strong>lg<\/sub><\/strong>\u00a0= 1795 kJ \/ kg<\/strong><\/p>\n

Verdampfungsw\u00e4rme – Wasser bei 16 MPa (Druck in einem\u00a0Druckhalter<\/a>\u00a0)<\/p>\n

h\u00a0<\/strong>lg<\/sub><\/strong>\u00a0= 931 kJ \/ kg<\/strong><\/p>\n

\"\u00fcberkritischer<\/a>Die\u00a0Verdampfungsw\u00e4rme<\/strong>\u00a0nimmt mit zunehmendem Druck ab, w\u00e4hrend der\u00a0Siedepunkt<\/a>\u00a0steigt.\u00a0Es verschwindet vollst\u00e4ndig an einem bestimmten Punkt, der als\u00a0kritischer Punkt bezeichnet wird<\/a>\u00a0.\u00a0Oberhalb des kritischen Punktes sind die fl\u00fcssige und die dampff\u00f6rmige Phase nicht zu unterscheiden, und die Substanz wird als\u00a0\u00fcberkritische Fl\u00fcssigkeit bezeichnet<\/a>\u00a0.<\/p>\n

Der Wechsel vom fl\u00fcssigen in den Dampfzustand aufgrund des Siedens wird durch W\u00e4rme\u00fcbertragung von der festen Oberfl\u00e4che aufrechterhalten;\u00a0Umgekehrt f\u00fchrt die\u00a0Kondensation<\/strong> eines Dampfes in den fl\u00fcssigen Zustand zu einer W\u00e4rme\u00fcbertragung auf die feste Oberfl\u00e4che. Sieden und Kondensation<\/strong>\u00a0unterscheiden sich von anderen Konvektionsformen dadurch, dass sie von der\u00a0latenten Verdampfungsw\u00e4rme<\/strong>\u00a0abh\u00e4ngen\u00a0, die\u00a0f\u00fcr \u00fcbliche\u00a0Dr\u00fccke\u00a0<\/a>sehr hoch<\/strong> ist. Daher k\u00f6nnen bei Sieden und Kondensieren gro\u00dfe W\u00e4rmemengen im Wesentlichen bei konstanter Temperatur \u00fcbertragen werden. Die W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizienten<\/a> h, die mit Sieden<\/strong> und Kondensation verbunden<\/strong>\u00a0sind, sind typischerweise\u00a0viel h\u00f6her<\/strong>als diejenigen, die bei anderen Formen von Konvektionsprozessen auftreten, die eine einzelne Phase umfassen.<\/p>\n

Dies liegt daran, dass selbst bei\u00a0turbulenter Str\u00f6mung<\/a>\u00a0eine stagnierende Fl\u00fcssigkeitsfilmschicht (laminare Unterschicht) vorhanden ist, die die Oberfl\u00e4che des W\u00e4rmetauschers isoliert.\u00a0Diese\u00a0stagnierende Fl\u00fcssigkeitsfilmschicht<\/strong>\u00a0spielt eine entscheidende Rolle f\u00fcr den konvektiven W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizienten.\u00a0Es wird beobachtet, dass die Fl\u00fcssigkeit\u00a0an der Oberfl\u00e4che vollst\u00e4ndig zum Stillstand kommt<\/strong>\u00a0und eine Geschwindigkeit von Null relativ zur Oberfl\u00e4che annimmt.\u00a0Dieses Ph\u00e4nomen ist als rutschfester Zustand bekannt, und daher erfolgt\u00a0der<\/strong>\u00a0Energiefluss\u00a0an der Oberfl\u00e4che\u00a0<\/strong>ausschlie\u00dflich durch Leitung.\u00a0<\/strong>In den n\u00e4chsten Schichten treten jedoch sowohl Leitungs- als auch Diffusionsmassenbewegungen auf molekularer oder makroskopischer Ebene auf. Aufgrund der Massenbewegung ist die Energie\u00fcbertragungsrate h\u00f6her. Wie geschrieben wurde, Sieden\u00a0von Keimen<\/strong> an der Oberfl\u00e4che unterbricht diese stagnierende Schicht effektiv, und daher erh\u00f6ht das Sieden von Keimen die F\u00e4higkeit einer Oberfl\u00e4che, W\u00e4rmeenergie<\/a>\u00a0auf Sch\u00fcttgut\u00a0zu \u00fcbertragen, erheblich\u00a0.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Siedepunkt – S\u00e4ttigung<\/h2>\n

In der Thermodynamik\u00a0\u00a0definiert\u00a0der Begriff\u00a0\u00a0S\u00e4ttigung<\/strong><\/a>\u00a0einen Zustand, in dem ein Gemisch aus Dampf und Fl\u00fcssigkeit bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck zusammen existieren kann.\u00a0Die Temperatur, bei der\u00a0\u00a0bei einem bestimmten Druck eine\u00a0Verdampfung\u00a0<\/strong>\u00a0(Sieden) auftritt, wird als\u00a0\u00a0S\u00e4ttigungstemperatur<\/strong>\u00a0\u00a0oder\u00a0\u00a0Siedepunkt bezeichnet<\/strong>\u00a0.\u00a0Der Druck, bei dem bei einer bestimmten Temperatur eine Verdampfung (Siedebildung) auftritt, wird als S\u00e4ttigungsdruck bezeichnet.<\/p>\n

Wenn die Dampfqualit\u00e4t gleich 0 ist, wird sie als\u00a0\u00a0ges\u00e4ttigter fl\u00fcssiger Zustand<\/a>\u00a0<\/strong>\u00a0(einphasig) bezeichnet.\u00a0Wenn andererseits die Dampfqualit\u00e4t gleich 1 ist, wird sie als\u00a0ges\u00e4ttigter Dampfzustand<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0oder\u00a0\u00a0trockener Dampf<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0(einphasig) bezeichnet.\u00a0Zwischen diesen beiden Zust\u00e4nden sprechen wir von\u00a0\u00a0Dampf-Fl\u00fcssigkeits-Gemisch<\/strong>\u00a0\u00a0oder\u00a0\u00a0Nassdampf<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0(Zweiphasengemisch).\u00a0Bei konstantem Druck \u00e4ndert eine Zugabe von Energie nicht die Temperatur des Gemisches, sondern die\u00a0\u00a0Dampfqualit\u00e4t<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0und das spezifische Volumen.\u00a0<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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S\u00e4ttigung im Druckbeaufschlagungsger\u00e4t<\/h2>\n
\"Umfangreiche<\/a>
Umfangreiche und intensive Eigenschaften des Mediums im Druckbeauftragten.<\/figcaption><\/figure>\n

Ein\u00a0\u00a0Druckbeaufschlagter<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0ist eine Komponente eines\u00a0\u00a0Druckwasserreaktors<\/a>\u00a0.\u00a0Der Druck im Prim\u00e4rkreislauf\u00a0<\/strong>\u00a0von PWRs wird durch einen\u00a0Druckbeaufschlagungsapparat<\/strong>\u00a0aufrechterhalten\u00a0\u00a0, ein separates Gef\u00e4\u00df, das mit dem Prim\u00e4rkreislauf (hei\u00dfer Zweig) verbunden und teilweise mit Wasser gef\u00fcllt ist, das\u00a0\u00a0durch Eintauchen in\u00a0Elektrizit\u00e4t<\/strong>\u00a0auf die\u00a0S\u00e4ttigungstemperatur<\/strong>\u00a0(Siedepunkt) f\u00fcr den gew\u00fcnschten Druck\u00a0\u00a0erhitzt wird\u00a0\u00a0Heizungen<\/strong>.\u00a0Die Temperatur im Druckbeaufschlagungsger\u00e4t kann bei 350 \u00b0 C (662 \u00b0 F) gehalten werden, was einen Unterk\u00fchlungsspielraum (die Differenz zwischen der Druckbeaufschlagertemperatur und der h\u00f6chsten Temperatur im Reaktorkern) von 30 \u00b0 C ergibt.\u00a0Die Unterk\u00fchlungsspanne ist ein sehr wichtiger Sicherheitsparameter von PWRs, da das sieden im Reaktorkern ausgeschlossen werden muss.\u00a0Die Grundkonstruktion des\u00a0\u00a0Druckwasserreaktors\u00a0<\/strong>\u00a0beinhaltet eine solche Anforderung, dass das K\u00fchlmittel (Wasser) im Reaktork\u00fchlsystem nicht sieden darf.\u00a0Um 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

Funktionen<\/span><\/h2>\n

Der Druck<\/strong>\u00a0\u00a0im Druckbeauftragten wird durch Variieren der Temperatur des K\u00fchlmittels im Druckbeaufschlagungsger\u00e4t gesteuert.\u00a0Zu diesem Zweck werden zwei Systeme installiert.\u00a0Wasserspr\u00fchsystem<\/strong>\u00a0\u00a0und\u00a0\u00a0elektrisches Heizsystem<\/strong>\u00a0.\u00a0Das Volumen des Druckbeaufschlagers (mehrere zehn Kubikmeter) wird mit Wasser bei S\u00e4ttigungsparametern und Dampf gef\u00fcllt.\u00a0Das Wasserspr\u00fchsystem (relativ kaltes Wasser – vom kalten Bein) kann den Druck im Gef\u00e4\u00df verringern, indem\u00a0\u00a0der Dampf<\/strong>\u00a0auf im Gef\u00e4\u00df gespr\u00fchten Wassertropfen\u00a0kondensiert\u00a0<\/strong>\u00a0.\u00a0Andererseits sind die untergetauchten elektrischen Heizungen so ausgelegt, dass sie den Druck durch\u00a0Verdampfen des Wassers<\/strong>\u00a0\u00a0im Gef\u00e4\u00df\u00a0erh\u00f6hen\u00a0\u00a0.\u00a0Der Wasserdruck in einem geschlossenen System verfolgt die Wassertemperatur direkt.\u00a0Wenn die Temperatur steigt, steigt der Druck.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Sieden im Dampferzeuger<\/h2>\n
\"Dampferzeuger<\/a>
Dampferzeuger – vertikal<\/figcaption><\/figure>\n

Dampferzeuger<\/strong><\/a>\u00a0sind\u00a0\u00a0W\u00e4rmetauscher<\/strong>\u00a0\u00a0, mit denen\u00a0Speisewasser<\/strong>\u00a0\u00a0aus W\u00e4rme, die in einem\u00a0Kern<\/a>\u00a0eines\u00a0\u00a0Kernreaktors erzeugt<\/a>\u00a0wird,\u00a0\u00a0in Dampf umgewandelt wird<\/strong>\u00a0.\u00a0Der erzeugte Dampf treibt die Turbine an.\u00a0Sie werden in den meisten Kernkraftwerken eingesetzt, es gibt jedoch je nach\u00a0Reaktortyp<\/a>\u00a0viele Typen\u00a0.<\/p>\n

Das hei\u00dfe Prim\u00e4rk\u00fchlmittel (\u00a0Wasser 330 \u00b0 C; 62 MP \u00b0; 16 MPa<\/strong>\u00a0) wird\u00a0durch den Prim\u00e4reinlass\u00a0in\u00a0den Dampferzeuger\u00a0<\/strong>\u00a0gepumpt\u00a0\u00a0.\u00a0Ein hoher Druck des Prim\u00e4rk\u00fchlmittels wird verwendet, um das Wasser im fl\u00fcssigen Zustand zu halten.\u00a0Das Prim\u00e4rk\u00fchlmittel darf nicht sieden. <\/strong>\u00a0Das fl\u00fcssige Wasser flie\u00dft durch Hunderte oder Tausende von Rohren (normalerweise 1,9 cm Durchmesser) im Inneren des Dampferzeugers.\u00a0Das Speisewasser (Sekund\u00e4rkreislauf) wird von\u00a0\u00a0~ 260 \u00b0 C<\/strong>\u00a0\u00a0bis zum Siedepunkt dieser Fl\u00fcssigkeit\u00a0\u00a0(280 \u00b0 C; 536 \u00b0 F; 6,5 MPa) erw\u00e4rmt<\/strong>\u00a0.\u00a0W\u00e4rme wird durch die W\u00e4nde dieser Rohre auf das Sekund\u00e4rk\u00fchlmittel mit niedrigerem Druck \u00fcbertragen, das sich auf der Sekund\u00e4rseite des W\u00e4rmetauschers befindet, wo das K\u00fchlmittel zu Druckdampf verdampft\u00a0(ges\u00e4ttigter Dampf 280 \u00b0 C; 536 \u00b0 F; 6,5 MPa)<\/strong>\u00a0.\u00a0Der unter Druck stehende Dampf verl\u00e4sst den Dampferzeuger durch einen Dampfauslass und gelangt zur Dampfturbine.\u00a0Die W\u00e4rme\u00fcbertragung erfolgt ohne Vermischen der beiden Fl\u00fcssigkeiten, um zu verhindern, dass das Sekund\u00e4rk\u00fchlmittel radioaktiv wird.\u00a0Das Prim\u00e4rk\u00fchlmittel verl\u00e4sst\u00a0\u00a0(Wasser 295 \u00b0 C; 56 MP \u00b0 F; 16 MPa)<\/strong>\u00a0\u00a0den Dampferzeuger durch den Prim\u00e4rauslass und gelangt \u00fcber einen kalten\u00a0Zweig<\/strong>\u00a0zu\u00a0\u00a0einer Reaktork\u00fchlmittelpumpe<\/a>\u00a0\u00a0und dann in den Reaktor.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Kondensation im Hauptkondensator<\/h2>\n

\"Kondensator<\/a>Der\u00a0Kondensator<\/strong><\/a>\u00a0muss ein ausreichend niedriges Vakuum aufrechterhalten, um den Wirkungsgrad des Kraftwerks zu erh\u00f6hen.\u00a0Die Vakuumpumpen halten ein ausreichendes Vakuum im Kondensator aufrecht, indem sie Luft und nicht kondensierte Gase absaugen.\u00a0Der niedrigste realisierbare Kondensatordruck ist der\u00a0\u00a0S\u00e4ttigungsdruck<\/a>\u00a0\u00a0, der der Umgebungstemperatur entspricht (z. B. ein absoluter Druck von\u00a0\u00a00,008 MPa,\u00a0<\/strong>\u00a0was\u00a0\u00a041,5 \u00b0 C entspricht<\/strong>\u00a0).\u00a0Beachten Sie, dass es immer einen Temperaturunterschied zwischen (um\u00a0\u00a0\u0394T = 14 \u00b0 C) gibt<\/strong>) die Kondensatortemperatur und die Umgebungstemperatur, die sich aus der endlichen Gr\u00f6\u00dfe und Effizienz der Kondensatoren ergeben.\u00a0Da weder der Kondensator ein 100% effizienter W\u00e4rmetauscher ist, besteht immer ein Temperaturunterschied zwischen der S\u00e4ttigungstemperatur (Sekund\u00e4rseite) und der Temperatur des K\u00fchlmittels im K\u00fchlsystem.\u00a0Dar\u00fcber hinaus gibt es eine Konstruktionsineffizienz, die den Gesamtwirkungsgrad der Turbine verringert.\u00a0Idealerweise w\u00fcrde der in den Kondensator abgegebene Dampf\u00a0\u00a0keine Unterk\u00fchlung aufweisen<\/strong>\u00a0.\u00a0Echte Kondensatoren sind jedoch so ausgelegt, dass sie die Fl\u00fcssigkeit um einige Grad Celsius unterk\u00fchlen, um die\u00a0Saugkavitation<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0in den Kondensatpumpen\u00a0zu vermeiden\u00a0\u00a0.\u00a0Diese Unterk\u00fchlung erh\u00f6ht jedoch die Ineffizienz des Kreislaufs, da mehr Energie zum Wiedererhitzen des Wassers ben\u00f6tigt wird.<\/p>\n

\"Rankine-Zyklus<\/a>
Durch Verringern des Turbinenabgasdrucks wird das Netz pro Zyklus erh\u00f6ht, aber auch die Dampfqualit\u00e4t des Auslassdampfes verringert.<\/figcaption><\/figure>\n

Das Ziel, den niedrigsten praktischen Turbinenabgasdruck aufrechtzuerhalten, ist ein Hauptgrund f\u00fcr den Einbau des Kondensators in ein W\u00e4rmekraftwerk.\u00a0Der Kondensator liefert ein Vakuum, das die dem Dampf entzogene Energie maximiert, was zu einer signifikanten Steigerung des Netzes und des thermischen Wirkungsgrads f\u00fchrt.\u00a0Aber auch dieser Parameter (Kondensatordruck) hat seine technischen Grenzen:<\/p>\n