Man betreibe einen Rohrbündelwärmetauscher, bei dem auf der Rohrseite Dampf bei 3 bara kondensieren möge. (Auf der Mantelseite koche bspw. Wasser) Jetzt kommt die Gretchenfrage: Muss ich den Wärmetauscher größer bauen, wenn ich ihn a) mit Sattdampf von 3 bara, oder b) mit überhitztem Dampf von 370°C von 3 bara füttere.
Wer sich dazu kurz Gedanken machen möchte, gerne!
Ich neige stark zur Ansicht a) Sehr viele neigen zur Ansicht b).
P.S.: Mir geht es nur um die Größe, nicht um Material, nicht um mechanisches Design, also eigentlich nur um das, was man unter Thermodynamik fassen könnte.
"Heiner Veelken" schrieb im Newsbeitrag news:1ld7d06.1doexq6xdb420N% snipped-for-privacy@gmx.net...
Hi, das ergibt keinen Sinn, solange der Dampf "überhitzt" ist, kommt es "theoretisch" nicht zur Kondensation. Also kannst Du b) fast beliebig klein bauen... Ansonsten gehts nur um den Durchsatz, den Fall a) muß man also nicht nur thermodramatisch auslegen, sondern auch nach hydromechanischen und Werkstoffregeln...oder anders ausgedrückt, es fehlt an zuvielen Informationen.
Das habe ich vielleicht missverständlich ausgedrückt; in beiden Fällen kondensiere der Dampf im Wärmetauscher. Mir geht es darum: stellt die Überhitzung des Dampfes einen Vorteil oder einen Nachteil dar.
Heißerer Dampf überträgt mehr Energie als kalter Dampf, daher ist meine Antwort b).
Wenn man allerdings die Entropiezunahme betrachtet, halte ich a) für günstiger, weil der Phasenübergang Sattdampf zu Wasser isotherm und damit auch die Wärmeübertragung entropie-günstig (im Idealfall reversibel) erfolgen kann.
Möglicherweise ist das der Punkt der Verwechslung, der einige zu a) und andere zu b) neigen lässt.
Ich neige zum Gegenteil. Sattdampf kondensiert sofort, bei Heißdampf wird ein Teil der Fläche nicht nicht benetzt und der Wärmeübergang ist der aus der Gasphase. Schlechterer Wärmeübergang bedingt größere Tauscherfläche.
Mit fällt dazu spontan erstmal ein, daß das ohnehin wahrscheinlich vorhandene Kupferkabel aber auch hungrig sein wird. Vor diesem Hintergrund klingt es dann für mich erstmal verschwenderisch, bei Niedertemperaturwärme von um 'nen Energiefaktor 2, oder irgendsowas überhitzten Dampfströmen zu lesen.
Wo genau tauchen denn solche Zahlen auf?
Die Grösse des Wärmetauschers ist ja auch eine Funktion der am Zielort benötigen Temperaturen und der Leistung. Sind denn irgendwo die entsprechenden Wärmetauscher so gross, daß es Zweck haben könnte, daran rumzuminimieren?
Bei überhitztem Dampf muss er erst einmal auf Kondensationstemperatur abgekühlt werden. Das hat dann Wärmeübergangskoeffizienten von Gas, die sind sehr niedrig im Vergleich zu denen für Kondensation. Und das kostet Fläche, vor allem wegen der großen Überhitzung von um die 240°C.
"Tom Schneider" schrieb im Newsbeitrag news:l7g2t7$kam$ snipped-for-privacy@news.albasani.net...
Hi, insbesondere ist es einfach, ein isotherm betriebenes Rohrbündel auszulegen. Dagegen wäre bei "überhitztem" Dampf eine variable Temperatur anzunehmen, das belastet Schweißnähte und Kontaktstellen, fördert Korrosion und erzeugt vermutlich auch Geräusche..."Arbeitsgeräusch".
"Thomas Koenig" schrieb im Newsbeitrag news:l7hfep$v68$ snipped-for-privacy@newsreader4.netcologne.de...
Hi, wieso? Klar, sonderlich viel "kondensiert" dieser Kondensator nicht, aber "beschlagen" wäre der auch. Deshalb heißt er ja auch nicht so. Ansonsten braucht der Dampf dann eben mehrere Umläufe. Je nach Bauweise hat der WT aber Zonen geringerer Temp, dort wird es zuerst tröpfeln. Scheint doch keine rein hypothetisch-ideale Maschine zu sein.
Ich denke entscheidender ist eher die sehr niedrige spez. Wärmekapazität von Wassergas das von 370 °C bis auf ca. 134 °C abgekühlt wird, den dabei werden gerade mal 465 kJ/kg frei. Am Eingang des WT ist dagegen der Temperaturgradient zum überhitzten Dampf noch groß, was eher zu einer günstigen Wärmeübergang führen sollte. Mit abnehmender Temp. (Richtung 134 °C) geht der Wärmeübergang dann in die Knie.
Die Kondensationswärme bei 134 °C beträgt dagegen schon ca. 2170 kJ/kg. Die Viskosität des "kühleren" Sattdampfes ist niedriger und die Gasdichte höher. In sofern siegt bei mir der Sattdampf - ohne präzise Berechnungen angestellt zu haben.
Ich habe irgendwo (glaube bei wiki) gelesen, daß Fernwärmenetze teils sogar von Dampf auf Wasser umgestellt werden.
Das klingt im ersten Moment natürlich schräg.
Liegt das nur an den niedrigeren Temperaturen, die es sicherlich sehr viel wahrscheinlicher machen, daß unproduktive Abwärme und solarthermisch gewonnene Energie eingespeist werden kann?
Und wie stellt sich das vom Pumpaufwand her dar? Wahrscheinlich erstmal nicht so schön. Aber dennoch: Strömt ein kg Wasser vielleicht wenigstens leichter durch Rohre, als ein kg Dampf?
"Jan Bruns" schrieb im Newsbeitrag news:529d19fc$0$6627$ snipped-for-privacy@newsspool2.arcor-online.net...
Hi, nö. Aber die Temp ist niedriger, die "Reichweite" dadurch höher. Und der Aufwand für Sicherheit gegen Bersten sowie Korrosion deutlich niedriger, sofern die Trasse verbuddelt ist. Ein Wasser-System kann problemlos auch mal lange stehen, sofern es keine Froststellen hat. Ein Dampfsystem ist dagegen nur schwer anzufahren, alleine dafür braucht man schon erheblich Personal. Beim Wassersystem drückt Heinermännchen ein Knöppsche...
Da ich allein auf weiter Flur stehe, will ich mal meine Gedanken kurz skizzieren:
- Angenommen, beim dem mit Sattdampf betriebenen Wärmetauscher wäre die Rohrinnenwandtemperatur 125°C. Dabei möge der Dampf kondensieren.
- Wenn der mit überhitztem Dampf betriebene Wärmetauscher "schlechter" arbeitete, müsste die Rohrinnenwandtemperatur kleiner sein als eben diese 125°C.
- Wenn diese Rohrinnenwandtemperatur kleiner wäre, als 125°C, müsste dann nicht erst recht Kondensation stattfinden?
Das mit dem schlechteren alpha von nicht kondensierendem Dampf wird wohl stimmen, aber vielleicht gilt es eben nur für NICHT kondensierenden Dampf. Ich habe dazu nach Suche eine Literaturstelle gefunden, die ich noch nicht bis ins einzelne seziert habe, Euch aber nicht vorenthalten möchte:
Andersrum. Wenn der Wärmetauscher überhaupt nicht funktioniert, hat der die Dampftemperatur. Würde der Wärmetauscher perfekt funktionieren, würde er, sobald es Verbraucherseits kühl wird, in seinem gesamten Material eine einzige Mitteltemperatur annehmen (per Mausklick umschaltbar, natürlich).
Klingt für mich nicht brauchbar.
Rechne doch besser erstmal mit dem Termperaturgefälle im Wärmetsuchermaterial, dann dürften sich solche Fragen nach Fluidübergängen wahrscheinlich eh' erstmal erledigt haben.
Wenn die Fernwärme "Abfallprodukt" eines Kraftwerkes ist, dann verschlechtert sie den elektrischen Wirkungskrad des Kraftwerkes.
Wie sehr der elektrische Wirkungsgrad abfällt, hängt von der Temperatur ab, mit der die Wärme aus dem Kraftwerksprozess entnommen wird. Da gilt die Regel, je niedriger die Entnahmetemperatur um se besser der elektrische Wirkungsgrad.
Warum? Wenn das Rohrleitungssystem geschlossen ist, macht ein Höhenunterschied nichts aus. Dazu kommt, dass Wasser kaum kompressibel ist und damit mit geringerem Exergieverlust pumpbar ist.
Und schließlich hat flüssiges Wasser im Gegensatz zu Gasen aller Art eine riesige Wärmekapazität, die Umwälzung kann also vergleichbar langsamer als mit Gasen vor sich gehen.
Ich kann mir daher eigentlich nicht erklären, warum man mit Dampf arbeiten will, wenn flüssiges Wasser geht.
Da würde ich mal sagen, dass Du das nicht ganz richtig siehst. Wenn ein Wärmetauscher gar nicht funktioniert, überträgt er keine Wärme. Wo die dann riesigen Wärmeübergangswiderstände sind, dazu sind so pauschal keine Aussagen möglich.
Desweiteren: Wenn die Rohrinnenwandtemperatur 125°C beträgt, möge dabei eine gewisse Wärme an das Fluid im Mantel übertragen werden. Wenn diese Rohrinnenwandtemperatur steigt, wird mehr Wärme übertragen, und wenn diese sinkt, wird weniger Wärme übertragen. Der Dampf, gesättigt oder überhitzt, hat keine andere Aufgabe als die Rohrinnenwandtemperatur "auf Trab zu bringen". Darum denke ich, dass Dein "Andersrum" nicht richtig ist. Oder täusche ich mich doch :-)
Für das Rechnen ist es für mich zu früh:-) Erst einmal muss Einigkeit darüber erzielt werden, was denn zu rechnen ist:-)
Vielleicht wollen wir uns dann erstmal auf ein Modell einigen, um Verwechslungen der ganzen Röhren zu vermeiden.
Sei T_dampf der Kondensationspunkt des angelieferten Dampfes bei einem fixierten Druck. Seien weiter T_vor und T_rueck die Vor- und Rücklauftemperaturen des Entnahmekreises (T_vor>=T_rueck).
Sei weiter T_prim die durchschnittliche Temperatur des Wärmetauschers auf der seiner Grenzfläche zum Dampf, und T_sek die entsprechende Temperatur ifür den Entnahmekreis.
Dann gilt (solange der Verbraucherkeis nix einspeist) immer:
T_dampf >= T_prim >= T_sek >= T_vor >= T_rueck
Bei entsprechender technischer Dimensionierung kann man für den Entnahmekreis vorgeben, daß zumindest prinzipiell durch Wahl der Förderdurchsatzes im Entnahmekreis T_rueck an T_vor beliebig weut angenähert werden kann. Ähliches git für an den Entnahmekreis angeschlossene Verbraucher: Die Differenz T_vot-T_rueck ist bei fixem Durchsatz proportional zur entnommenen Leistung.
Wird keine Leistung entnommen, ist T_vor=T_rueck, und sogar T_rück=T_dampf.
Es gibt noch eine weitere durch die Konstruktion Stelle, an der sich vergleichsweise leicht berechenbare Verhältnisse ergeben:
Die Differenz T_prim-T_sek ist nämlich im wesentlichen proportional zur entnommenen Leistung, und dabei sogar weitgehend unabhängig vom Förderstrom im Entnahmekreis.
Er gibt Wärme an die Oberfläche ab. Das hat zwei Konseqenzen:
Die Dampftemperatur sinkt (isobar), die Oberflächentemperatur steigt. (Für letzteres kann man den "eingeschwungenen Zustand" annehmen, was dann bedeuten würde, daß bei dem sich einstellenden Wärmestrom die Rohrtemperatur immer noch im Flüssig-Bereich liegt.) Aufgrund der an der Oberfläche angesenkten Dampftemperatur und Tröpfchenbildung stellt sich im Rohr ein Temperaturgradient von außen nach innen ein, aus dem der abgeleitete Wärmestrom resultiert. Und der wiederum hängt davon ab, wie turbulent die Rohrströmung ist, denn Turbulenz trägt zusätzlich zum Wärmestrom bei.
Es könnte sich sogar eine instabile Situation einstellen: manchmal strömt der Dampf relativ laminar durch das Rohr, der Wärmeübergangswiderstand ist hoch, de Wärmestrom klein, es scheidet sich nur wenig Flüssigphase ab (wir waren weit weg von der kritischen Temperatur?). Dann wird die Strömung spontan gestört, es setzt Turbulenz ein, der Wärmeübergang steigt, die Turbulenz wird durch die relativ höhere Volumenreduktion bei der verstärkten Kondensation selbstverstärkt. Der stärkere Wärmeübergang erhöht aber die Rohrtemperatur.
Nur ist diese Situation nicht übertragbar auf Naßdampf, denn der kann einen grundsätzlich anderen Wärmeübergang udn bei gleicher mechanischer Konfiguration einen ganz anderen "eingechwungenen Zustand" liefern.
Ich habe leider keine Idee, was wirklich passiert. Wenn das nicht irgendwo steht, wird man um Experimente evtl. nicht herumkommen.
Relevant ist außerdem das Medium im Außenraum - dessen Verhalten bestimmt, wie effektiv das Rohr lokal und auch insgesamt gekühlt wird, und hat somit Rückwirkungen auf die Vorgänge im Rohr.
Und wirklich isobar ist die Gschichte natürlich auch nicht, denn irgendwas muß sowohl die Turbulenz als auch die Strömung des Mediums antreiben, und das können nur Druckunterschiede sein. Zudem wird der Wärmetransport nicht nur rein an den Stofftransport gekoppelt sein, sondern evtl. spielt auch noch IR-Strahlung im Medium eine gewisse Rolle.
Ich bin aber kein Verfahrenstechniker, sondern nur E-Ing. Gibt es keine Simulationssoftware, in die man das Problem reinschmeißen und das Verhalten numerisch durchspielen kann?
Da will ich nur mal eben auf letzteres eingehen; solche Software mag es geben; jedoch muss man wissen, was man ausrechnen will :-) Bis man das Problem wirklich genau beschrieben hat, hat man einiges Geld zum Fenster rausgeworfen, es sei denn, man findet jemanden, der weiß, was da physikalisch passiert. Und wenn man einen solchen hat, dann brauch ich die Software nicht mehr. Wir haben den Wärmeübergang ausreichend im Griff; jedoch interessieren mich auch kleine Details.
Ich habe jetzt mal den VDI-Wärmeatlas bemüht; "der" ist der Ansicht, dass überhitzter Dampf an einer Wand, die eine Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur hat, kondensiert. Das denke ich auch. Hoffentlich nähere ich mich langsam dem, was da passiert:-)
Ganz pauschal kann ich meine Fragestellung auch so formulieren: Ist es wirklich unter'm Strich besser, in den Dampf einen desuperheater einzubauen?
PolyTech Forum website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here.
All logos and trade names are the property of their respective owners.