Thermodynamik Dampf

Hallo,

ich habe eine theoretische Frage.

Man hat 1 cm3 Wasser (1 Gramm). Dieses wird erhitzt, bis es vollst=E4ndig verdampft. Der Druck im Beh=E4lter ist mit 200 bar begrenzt.

-> 200 bar =3D> Sattdampf hat 366=B0C

Innere Energie =3D 2303 kJ / kg

(die 84 kJ/kg von 0=B0C kaltem Wasser unter Normaldruck vernachl=E4ssige ich)

Dh es wurden 2,3 kJ zugef=FChrt (1 Gramm Wasser)

"Um einer Zerst=F6rung von Heizfl=E4chen an Dampfkesseln vorzubeugen, wird die maximale W=E4rmestromdichte auf 300 kW/m=B2 begrenzt"

Mal davon ausgehend der Wert stimmt in etwa brauche ich eine Fl=E4che von 7,66 cm2, damit das innerhalb von 1 Sekunde von statten geht

Mit p*V =3D konst =3D 1,013 bar * 1,673 m3 ~ 1,7 komme ich auf ein Volumen von V =3D 8,5 cm3

Dann lass ich den Dampf expandieren - auf das 40 fache Volumen. Der Druck betr=E4gt dann noch 5 bar.

Durch die Ausdehnung wird die Temperatur kleiner.

Der Dampf wird schnell expandiert - Annahme: Es gibt keine nennenswerte W=E4rmeuebertragung nach aussen. Die Frage: Welche Temperatur hat der Dampf nach der Expansion?

Dann h=E4tte ich gerne das der Dampf bei 5 bar kondensiert. Dh die Temperatur muss unter 151=B0C fallen. Die Frage: Wie schnell kondensiert der Dampf wenn ich ihn als Blase in eine mit 90=B0C einleite. Ist das der umgekehrte Fall von Blasensieden?

Danke im Voraus, lg Armin

Reply to
Armin Voetter
Loading thread data ...

Am 22.12.2011 10:49, schrieb Armin Voetter:

Uiuiui. Ist das nicht etwas viel Leistung pro Fläche? Wenn diese Leistung elektrisch umgesetzt wird, würde ich jedenfalls für nichts mehr garantieren, weil damit die Temperaturen so lange steigen, bis irgendwas nachgibt und dem Treiben ein Ende setzt. Eine Temperaturbegrenzung halte ich als Sicherheitseinrichtung auf jeden Fall für sinnvoller als eine maximal Heizleistung.

Vorausgesetzt, du kriegst die Wärme auch übertragen. So lange du Wasser hast, hast du vermutlich (müsste ich nachrechnen) erst mal Filmverdampfung. Um damit noch ordentlich Energie übertragen zu können, brauchst du sehr hohe Temperaturen. Damit kommst du vermutlich schon in den Bereich der thermischen Zersetzung von Wasser und hast damit ganz andere physikalische Voraussetzungen als einfach mit Wasser oder Wasserdampf.

Keine Ahnung, ob dieses Gesetz unter diesen Bedingungen noch stimmt. Schließlich musst du mit den hohen Temperaturen damit rechnen, dass du es plötzlich mit Wasserstoff und Sauerstoff statt mit Wasser bzw. Wasserdampf zu tun hast. Das ergibt zusätzlich Diffusions- und Versprödungsprobleme mit dem Wasserstoff, und Korrosionsprobleme mit dem Sauerstoff. Also besondere Sorgfalt mit der Werkstoffauswahl!

Mit p*V=m*R*T kommst du weiter, wenn ich mich recht entsinne. Ich befürchte allerdings, dass du noch ein paar andere Probleme lösen musst, wenn du mit so hoher Flächenleistung reingehen willst. Sie ist etwa dreimal so hoch wie bei Herdplatten.

Mit Kondensation erreicht man üblicherweise die besten Wärmeübergänge. Blasensieden müsste etwas schlechter sein, weil sich damit eine Isolationsschicht aufbaut.

Reply to
Christoph Müller

Guter Input (p*V/T ist konstant)

1,013*1,673 / 373 =3D 4,54 * 10 ^ -3

Dh bei 366=B0C kommt f=FCr V bei 200 bar V =3D 14,5 cm3 heraus.

Wenn ich f=FCr T=3D150=B0C einsetze komme ich auf 384 cm3

Noch ist das alles Theorie, deswegen mache ich mir =FCber Werkstoffe und Brenner keine Gedanken.

Die Frage: Stimmen meine Annahmen prinzipiell?

LG Armin

Reply to
Armin

Am 22.12.2011 14:41, schrieb Armin:

Grundlegender Murks ist mir jedenfalls nicht aufgefallen. Habe mich allerdings auch nicht richtig reingekniet.

Reply to
Christoph Müller

Am 22.12.2011 10:49, schrieb Armin Voetter:

...meine Kürvchen sagen mir 203 bar bei 366°C - geht aber im rauschen der jeweiligen Genauigkeit unter ;-)

Wie kommst Du auf 1,673m³?

Ich komme irgendwie auf 14,8 cm³ wenn ich mit der allg. Gaskonstante rechne:

p*V = n*R*T

Reply to
Bodo Mysliwietz

Armin Voetter schrieb:

Die Formel setzt die ideale Gasgleichung voraus, also stark verdünnte Gase. Wenn ich das Mollier-h-s-Diagramm für Wasser richtig gelesen habe, bin ich bei 200 bar und 366 °C bin ich weit weg vom idealen Gas.

Ich würde also eher ins h-s-Diagramm sehen, statt die Formel zu nehmen.

Reply to
Tom Schneider

Dumme Frage: Wo finde ich dort das Volumen?

Ich habe zur Kontrolle in die Dampftafel geschaut - Sattdampf - 200 bar - 355=B0C -> v=B4=B4 =3D 0,0059 m3/kg

-> 5,9 * 10^(-3) [m3/kg] * 10^(-3) * [kg/g] * 10^6 [cm3/m3] =3D V(200bar) =3D 5,9 cm3/g

Mit der Dampftafel - Sattdampf - 5bar / 150=B0C -> v=B4=B4 ~ 0,38 m3/kg

-> V(5bar) =3D 380 cm3/g

Ohne da jetzt lange weiter zu =FCberlegen - ich hoffe an das stimmt jetzt beim dritten Versuch :)

Wobei - Stichwort h-s Diagramm:

Wenn ich da freiz=FCgig drueberscheangl -

200 bar / 366=B0C ->

h ~ 2750 kJ/kg, s ~ 5,5 kJ/kg

5 bar / 150=B0C ->

h ~2750 kJ/kg, s ~ 6,8 kJ/kg

Die Enthalphie =E4ndert sich praktisch nicht.

Durch das Entspannen vom Dampf bekommt man aber mechanische Arbeit aus dem System heraus:

W =3D V * p * ln (p / p2) =3D 5,9 * 10^(-6) * 200 * 10^(5) * ln(200/5) =3D

118 * 3,69 =3D 435 J

Wo ist da wieder der Denkfehler?

LG Armin

Reply to
Armin

Ist zu lange her, um Dir diese Frage zu beantworten.

Ich hatte das h-s-Diagramm angeführt, weil dort ungefähr der Bereich der idealen Gase erkennbar ist und Deine Daten sicher nicht mehr in diesem Bereich liegen. Ergo gehe ich davon aus, dass die ideale Gasgleichung kein gutes Ergebnis mehr liefert.

Mehr Aussage kann ich damit nicht treffen.

Reply to
Tom Schneider

Am 23.12.2011 17:03, schrieb Tom Schneider:

Da könntest Du allerdings recht haben. Ich habe den Druck in dem zusammenhang nicht berücksichtigt.

Daten zu Molvolumina am krtischem Punkt findet man hier:

formatting link
Damit wäre Amrin näher am Ergebnis als ich nach rein idealer Betrachtung :-(

Asche auf mein Haupt.

Reply to
Bodo Mysliwietz

Bodo Mysliwietz schrieb:

Warum? Durch diese Diskussion hat sicher ein halbes Dutzend Mitleser neue Einsichten zur Thermodynamik gewonnen, plus die Teilnehmer an der Diskussion.

Reply to
Tom Schneider

Am 25.12.2011 11:56, schrieb Tom Schneider:

Auch ein Gesichtspunkt :-)

Die Sache hat mir aus eigenem Interesse allerdings keine Ruhe gelassen. Da ich seit geraumer Zeit an ähnliche Überlegungen dran bin, bin ich schwer auf der Suche nach div. Realdaten zu Wasserdampf.

Nun habe ich Dichtedaten von Wasserdampf bis 233 °C gefunden. Dazu noch die Daten am kritischen Punkt und eine Kurve gefittet - sprich interpoliert.

Demnach würde ich für den 1ml bei 366°C,200bar (sprich gerade Vollverdampfung) ein reales Volumen von deutlich unter 8,5ml erwarten. Mi meiner grob gefitten Kurve wäre ich bei ca. 4ml.

In diese Richtung geht auch (sofern vetrauenswürdig):

formatting link
Als schwierig gestalltet sich echte Messdaten entlang der Sättigungskurve bis zum kritischen Punkt zu finden. Nicht jeder website vetraue ich bei Ihren Berechnungen ;-)

Reply to
Bodo Mysliwietz

rdig):

formatting link

Dampftafel:

formatting link
Ist nicht wirklich Geheimwissen :)

LG Armin

Reply to
Armin

Das ist eine Tabelle wie viele (ähnliche) die ich gefunden habe. Die Datenherkunft (Zuverlässigkeit) ist aber unklar. Ich bin aus Erfahrung vorsichtig ;-)

Denoch erstmal zu den Akten kopiert ;-)

Reply to
Bodo Mysliwietz

Am 30.12.2011 22:55, schrieb Bodo Mysliwietz:

Die Tafel (Phasendiagramm) habe ich verzweifelt graphisch gegoogelt, aber nicht einfach so in die Luft sondern "auf Millimeterpapier"-

GL

Reply to
Franz Glaser

Bodo Mysliwietz wrote on Fri, 11-12-30 22:37:

Ich habe hier die Daten auf der Dampfdruckkurve:

formatting link
Jeweils 62 Werte für den Druck in Pascal, die Temperatur in Kelvin, und das Flüssig- und Gasvolumen in m^3/kmol.

Die Zahlen habe ich vor langer Zeit entnommen aus: K. Scheffler, J. Straub, U. Grigull Wasserdampftafeln: Thermodynamische Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf bis 800,C und 800,bar Springer, Berlin 1981 Signatur Fd5767 in der Bibliothek der RWTH Aachen

Axel

Reply to
Axel Berger

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Bodo Mysliwietz schrieb:

Ich weiß zwar gerade den Zusammenhang nicht (und habe auch keine Lust, im Thread zurückzublättern), aber brauchst Du es wirklich genauer als Deine Rechtschreibung? Sonst hätte ich noch ein schön großes Dampfzustandsdiagramm im Angebot:

(mit Quellenangabe).

Für alle technischen Zwecke ist das vollauf ausreichend.

(Bei 366° C (639 K) und 200 bar bzw. am kritischen Punkt lese ich dort ca. 320 kg/m^3 oder 3,1 ml/g ab.)

Gruß aus Bremen Ralf

Reply to
Ralf . K u s m i e r z

Am 31.12.2011 11:34, schrieb Axel Berger:

Thnaks a lot. Werde ich im nächsten Jahr sichten, verknüpfen und letzteres passend umrechnen.

Irgendwann erschlägt einem die Rohdatenflut und Plausiblitätsprüfung. Mal sehen.

Jetzt das ganze noch für MeOH ;-)

Allen einen guten rutsch.

Reply to
Bodo Mysliwietz

Am 31.12.2011 17:11, schrieb Ralf . K u s m i e r z:

Ralf es gibt Dinge über die Du Dir am besten nicht den Kopf zerbrechen solltest - das streßt weniger.

und da sieht man mal die Toleranzen (die für mich relevant sind). Mit dichten Rohdaten bis 233 °C und dem kritischen Punkt komme ich auf ca.

3,8 bis 4ml, wohlwissend das ich mich großem Fehler eine Kurve fitte. Die Tendenz in Richtung über 4ml ist plausibel.

Mit Berechnungsprogrammen auf div., auch englischsprachigen, Websites käme man auf ca. 5,8ml. Da schreibe ich lieber schlecht, mache meinen Job aber gewissenhaft.

In dem Sinne auch Dir einen guten rutsch ins neue Jahr. (Plot ist gespeichert - danke)

Reply to
Bodo Mysliwietz

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Bodo Mysliwietz schrieb:

Das riecht mächtig nach Verschwörungstheorie. Dampf-Technik ist an die

300 Jahre alt - das ist sowas von abgefrühstückt, da wäre es mehr als überraschend, wenn man dort kraß falsche Tabellenwerte entdecken sollte.

(Die Unaussprechliche gibt übrigens 373,946° C/22,064 MPa/322 kg/m^3 an. Da liegt meine Dicker-Daumen-Ablesung doch gar nicht so schlecht.)

Ohne nachzusehen: glaube ich nicht. Du hast da versehentlich ;-) einen Faktor 1,8 aus der Molmasse reingehauen, also ein mmol-Volumen angegeben - 5,8/1,8 = 3,2 und paßt.

Wofür auch immer es relevant sein mag - entweder ist das leicht meßbar, oder es ist nicht so relevant, weil die genauen Werte keinen so großen Unterschied mehr machen (denn sonst wäre es leichter meßbar). Was ist denn schon der kritische Punkt? Das ist derjenige Zustand, bei dem Gas und Flüssigkeit gerade nicht mehr unterscheidbar sind, also schon reichlich wolkig definiert, weil in dessen Umgebung der Unterschied wohl ohnehin nicht besonders ausgeprägt ist.

Aber für irgendwas wird man es sicher gebrauchen können...

NIST (zu dem ich insofern Vertrauen hätte) gibt T_c = 647 +/- 2 K (also 374° C), P_c = 22,064 MPa und rho_c = 17,9 mol/l, also 3,1 ml/g, an. ()

Wird wohl stimmen.

No comment.

Gruß aus Bremen Ralf

Reply to
Ralf . K u s m i e r z

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Axel Berger schrieb:

Das endet bei 22,12 MPa / 374,1° C / 3,134 ml/g.

Gruß aus Bremen Ralf

Reply to
Ralf . K u s m i e r z

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.