Unterscheide: Behältersieden (w 0 m/s) und Strömungssieden ( w > 0 m/s)
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- Ruth Hofmann
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1 6 Sieden Verdamfung von Flüssigkeiten Unterscheide: Behältersieden (w m/s) und Strömungssieden ( w > m/s) Wärmeübergang beim Sieden hängt ab von - Heizächenbeschaffenheit (Material, Rauhigkeit, Oberächenstruktur) - Fluid (Stoffwerte, Oberächensannung, Wärmeleitfähigkeit, h v, ) - geometrische Anordnung (Rohr, Platte, waagrecht, senkrecht) - Strömungsform - freie Konvektion Behältersieden (ool boiling) - Blasensieden - Filmsieden - erzwungene Konvektion Strömungssieden (ow boiling) - Blasensieden - Ringströmung
2 6 Sieden 6. Behältersieden Nukijama, 934 Nukijama - Diagramm log 5 3 Wasser (bar) Q 5 4 (4) log(t W T ) T* = T s = Sättigungstemeratur
3 6 Sieden 3 Nukijama-Diagramm q f ( T ) f ( T ) q
4 6 Sieden 4 () Konvektives Sieden, d.h. keine Blasen an der Heizäche Verdamfung an Oberäche M h v Freie Konvektion z.b. für Außenseite von Rohren Q Nu,35 3 Pr 3 W ˆ sezif. Ausdehnungskoeffizient Nu 3 g
5 6 Sieden 5 () Blasensieden, Blasenbildung an Keimstellen in der Heizäche Mikrofilm Keimstelle Ablösende Blasen vermischen die wandnahe Grenzschicht intensivere Konvektion je mehr Blasen, desto besser ist der Wärmeübergang Näherungsweise gilt für Wasser ( bei bar ) : S, 3 C C, 9 S in W W m K T W in K q T,54q,7
6 6 Sieden 6 Bestes Rechenverfahren, z.zt. Goreno, VDI Wärmeatlas.,33, n R R F q q ; ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ,, Hab Abschnitt Wärmeatlas im VDI m R q für Werte Referenzbedingung bei Rauhtiefe mittlere R m in Rauhtiefe mittlere R Druck normierter Referenzbedingung bei Wärmestromdichte q Referenzbedingung bei Wärmeübergangskoeffizient m W krit
7 6 Sieden 7 Für Wasser n,9,3, 5 F,73,7,68 6, Für organische Flüssigkeiten In 6. Au. VDI-WA Quadrat weggelassen n,9,3, 3 F,7,,5 Genauigkeit der Gleichung nach Goreno: 3 %
8 6 Sieden 8 Wenn keine - Werte vorhanden dann Gleichung von Stehan: Nu d B Nu, q d B T,674 gas,56 hv d a B,37 a d B,35 a,6 Blasenabreißdurchmesser : d B Blasenablösefrequenz f: d B,837 g,5 f d B,34 g mit Randwinkel/ Benetzungswinkel Θ im Bogenmaß d B,49 g,5 = Oberächensannung mit Randwinkel/ Benetzungswinkel Θ im Gradmaß (aus VDI-WA)
9 6 Sieden 9 Bogenmaß grad 8 Blase z.b.: Wasser Flüssiggase andere Flüssigkeiten,786,87,6 Temeraturleitfähigkeit: a c aus VDI-Wärmeatlas oder Vorlesungsumdruck S.47 oder Beste Vorgehensweise: Mit Gln. nach Stehan α bestimmen (d.h. mit R,, q, =, krit ), dann mit Gln. nach Goreno tatsächliche α - Werte berechnen.
10 6 Sieden (3) Siedekrise, kritische Wärmestromdichte, burn out Damfblasen geschlossener Damffilm Geschlossenes Damfolster durch Zusammenwachsen der Blasen Wärmeübertragung durch Wärmeleitung und Strahlung durch den Damffilm q krit q max max T SK T,4h g ( v gas 4 ) 6 W Für Wasser bei bar: q max,8 m T W T 3, 7 K Übertemeratur max
11 6 Sieden Wärmeübergangskoeffizient beim Blasensieden steigt mit. Mit höherem Druck werden kleinere Keimstellen und damit mehr Keimstellen aktiviert. krit. q max Aber: d.h. mit, steigt die Gefahr der Siedekrise,35 krit.
12 6 Sieden (4) Filmsieden geschlossener Damffilm Sehr niedrige Wärmeübergangskoeffizienten L,8, Str. 3 L str Str. ˆ Strahlung (siehe Abschnitt 7) L L ˆ Leitung D Filmdicke
13 6 Sieden 3 T T T W log log T K L horizontale Rohre,6 Durchmesser vertikale Rohre,8 Länge D v D D W L h g T T L K
14 6. Strömungssieden z.b. Rohrströmung 6 Sieden 4 log w w m s T T W logt T nimmt zu und wird konv unabhängig von. alle Kurven für konvektiven Wärmeübergang münden in die gleiche Kurve für das Blasensieden. hier größer als bei konv T Einhasenströmung, da zusätzliche Turbulenz durch Damfhase
15 6 Sieden Sieden von Gemischen: Leichtersiedende Komonenten verdamfen bevorzugt. Flüssigkeit in Wandnähe verarmt an leichtersiedenden Stoffen. Siedetemeratur der wandnahen Flüssigkeit nimmt zu. Physikalisch fundiertes Berechnungsverfahren von Schlünder, siehe VDI Wärmeatlas. Näherungsverfahren von Stehan, siehe VDI Wärmeatlas. ideal x x ideal x ˆ ˆ Wärmeübergangskoeffizient wenn keine Trennungs effekte auftreten würden. Konzentration von Stoff und Stoff in kg / kg.
16 6 Sieden 6 Misch. id. K y x K A,88, bar xy A ˆ Konzentration Damfhase aus Tabellen in T x y
Unterscheide: Behältersieden (w 0 m/s) und Strömungssieden (w > 0 m/s)
6 Sieden 1 Verdampfung von Flüssigkeiten Unterscheide: Behältersieden (w 0 m/s) und Strömungssieden (w > 0 m/s) Wärmeübergang beim Sieden hängt ab von - Heizflächenbeschaffenheit (Material, Rauhigkeit,
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