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spacemeter
Gast
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 spacemeter Verfasst am: 05. Jan 2011 13:56 Titel: Erwärmung von Wasser |
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Hallo,
wenn ich ein gerades Rohr (Aussendurchmesser 16 mm; Wanstärke 2 mm; Länge 2000 mm) glühe bei 600 °C und mit Wasser mit 600 bar 10 Sekunden lang abdrücke, wie warm wird dann das Wasser?
Gibt es dafür ne Formel nach der ich das berechnen kann? |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 05. Jan 2011 14:08 Titel: |
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Was meinst du dabei mit Abdrücken?
Soll das Wasser durch das Rohr hindurch geschickt werden, und soll dieses Wasser auf der Rohreintrittsseite einen Druck von 600 bar haben?
Welcher Druck herrscht für das Wasser auf der Ausgangsseite des Rohres? Atmosphärendruck?
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(Sagt dir Hagen-Poiseuille schon etwas? Damit könntest du vielleicht schon mal abschätzen, wieviel Wasser dabei durch das Rohr geht.
Weißt du schon experimentell, um wieviel sich das Rohr dabei abkühlt? Dann könntest du dadurch die mittlere Erwärmung des Wassers berechnen.
So einen Vorgang komplett theoretisch zu modellieren, dürfte schwieriger sein, denn ich bin mir nicht sicher, mit was für Koeffizientten man bei so einem eher sehr dynamischen Vorgang rechnen wird, bei dem sich die Temperatur sicher eher erstmal ungleichmäßig in dem Wasser verteilt.)
Oder handelt es sich dabei um das Entwerfen einer industriellen Anlage? Dann würde ich empfehlen, einfach auf Erfahrungswerte zurückzugreifen, die in solchen Unternehmen sicher schon vorliegen (die Fachleute dort wissen dann wohl schon einfach direkt, in welchen Tabellen sie so etwas nachschlagen und finden), oder solche Werte mit geeigneten Versuchen experimentell zu bestimmen. |
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Spacemeter
Gast
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| Spacemeter Verfasst am: 05. Jan 2011 14:18 Titel: |
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| dermarkus hat Folgendes geschrieben: | | Was meinst du dabei mit Abdrücken? |
Abdrücken ist eine Dichtheitsprüfung für Rohrleitungen. Dafür wird das Rohr mit Wasser gefüllt und unter einem bestimmten Druck (in diesem Fall 600 bar) und über eine bestimmte Zeitdauer (10 s) gehalten. Über ein Messgerät wird überprüft ob der Druck im Laufe der zeit abfällt. |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 05. Jan 2011 14:27 Titel: |
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Ach so, dann soll sich das Wasser dabei im Rohr also gar nicht bewegen.
(Und das Rohr soll offenbar, obwohl es glüht, sich nicht durch den Innendruck verformen? Ist das überigens realistisch, hast du da Erfahrungswerte?)
Dann könntest du die Wassermenge im Rohr ja einfach berechnen, indem du die Dichte des Wassers bei 600 bar sowie das Rohrinnenvolumen nimmst.
Kennst du bereits Tabellen für Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Rohrmaterialien und Wasser?
Wie genau brauchst du so eine Rechnung? Hast du zum Beispiel Modellierungssoftware, mit der du Wärmegradientenverteiltungen analysieren könntest oder hättest du die Tools oder das Wissen, um mit Differentialgleichungen etwas anfangen zu können?
Oder hoffst du einfach nur auf eine fertige Ingenieursformel, um so etwas mal eben für die üblichsten Fälle abschätzen zu können, auch wenn man dafür einfach nur irgendwelche Fertigfaktoren aus Tabellen hernehmen würde? |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 05. Jan 2011 15:20 Titel: |
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unter kenntnis der spezifischen waermekapazitaet des rohrmaterials und seiner (berechenbaren) masse kannst du eine worst-case abschaetzung vornehmen, indem du die gesamte waermeenergie des heissen rohres auf die enthaltene wassermasse "projezierst") (die realitaet wird nicht ganz so sein, weil der waermeuebergang nicht unendlich schnell ist, und weil die waerme sich zwischen den medien verteilt statt ausschliesslich komplett ins wasser zu hopsen)
diese energie, dividiert durch die spez. waermekapazitaet des wassers (naeherungsweise kompression vernachlaessigen, da wasser hinreichend wenig komprimierbar ist), gibt dir ein "delta T max" welches an deinem wasser auftreten kann, dessen masse du ja ueber das innenvolumen berechnen kannst
gruss
ingo |
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spacemeter
Gast
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| spacemeter Verfasst am: 05. Jan 2011 16:11 Titel: |
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| dermarkus hat Folgendes geschrieben: |
(Und das Rohr soll offenbar, obwohl es glüht, sich nicht durch den Innendruck verformen? Ist das überigens realistisch, hast du da Erfahrungswerte?) |
Bisher habe ich dazu keine Erfahrungswerte, aber ein Versuch ist für morgen geplant. Die Gefahr, dass das Rohr berstet ist durchaus nicht gering.
Leider kann ich bei dem Versuch nicht die Wassertemperatur messen, da es direkt in einen Behälter gepumpt wird. Aber der Berechnungsvorschlag hört sich plausibel an. Vielen Dank dafür! |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 06. Jan 2011 03:56 Titel: |
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Ich empfehle unbedingt, die Berechnung vor dem Versuch zu machen.
Eine schnelle Abschätzung mit der einfachen oben vorgeschlagenen Methode ergibt bei mir, (wenn ich einfach mal auf die Schnelle die Dichte und Eigenschaften von Wasser bei Atmosphärendruck hernehme),
dass das sehr wenig Kühlwasser für ziemlich viel Energie ist, und dass das Kühlwasser sicher locker 100°C heiß wird und dabei längst noch nicht alle Energie aufgenommen hat.
DAS HEIßT, EIN GROßER TEIL DES WASSERS KANN DABEI VERDAMPFEN UND DAMIT DEN DRUCK IM ROHR SCHLAGARTIG ERHÖHEN.
Und dann habt ihr plötzlich keinen Test des Rohres mehr auf 600 bar Druck, sondern eine Dampfbombe bei plötzlich entstehendem viel höheren Druck, denn Wasserdampf hat ein viel größeres Volumen als flüssiges Wasser!
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 Wenn ihr da nicht genau wisst, was ihr tut (zum Beispiel wenn jemand bei euch, der sich auskennt, sicher berechnen kann, wie das genauer mit dem Verdampfen bei 600 bar ist) und Vorrichtungen für eine Testhalle/ein Testgelände habt, in der ihr solche Versuche ohne Gefahr für das Gebäude und darin / darum herum anwesende Personen durchführen könnt, dann rate ich dringend davon ab, das so zu probieren!
Fragt unbedingt vorher auch einen erfahrenen Sprengmeister und erzählt ihm, mit wie wenig Wasser in einem wie heißen Stahlrohr ihr das unter was für einem Druck testen wollt! |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 06. Jan 2011 04:11 Titel: |
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| dermarkus hat Folgendes geschrieben: |
dass das sehr wenig Kühlwasser für ziemlich viel Energie ist, und dass das Kühlwasser sicher locker 100°C heiß wird und dabei längst noch nicht alle Energie aufgenommen hat.
[b]
DAS HEIßT, EIN GROßER TEIL DES WASSERS KANN DABEI VERDAMPFEN UND DAMIT DEN DRUCK IM ROHR SCHLAGARTIG ERHÖHEN.
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bist du dir da bei 600 bar (= wasserdruck) sicher? ... ich seh da nix am sieden...
gruss
ingo |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 06. Jan 2011 04:16 Titel: |
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Wie gesagt, ich habe auf die Schnelle die Rechnung für Atmosphärendruck gemacht.
Hast du genauere Werte für den Siedepunkt von Wasser bei hohen Drücken parat, und kannst du damit zumindest grob abschätzen, wie weit man da vom Sieden entfernt wäre? |
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o~O
Anmeldungsdatum: 30.11.2010
Beiträge: 184
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| o~O Verfasst am: 06. Jan 2011 08:22 Titel: |
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Also bei 600bar siedet das vielleicht bei 380°C oder so. Wobei mir diese Druck zum Dichte prüfen ein bischen brutal erscheint. Wäre sowas nicht mit einfacher, wenn man es mit Wasser füllt und das ganze mit Elektronen prüft? (Also schauen ob sich der elektrische Wiederstand punktuell ändert --> Da kommt wasser raus.) |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 06. Jan 2011 12:46 Titel: |
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| o~O hat Folgendes geschrieben: | | Also bei 600bar siedet das vielleicht bei 380°C oder so. |
Dann könnte es sein, dass bei der Abschätzrechnung oben noch kein siedendes Wasser entsteht.
Ich habe da allerdings noch nicht die Werte von Wasser bei diesen Drücken parat, wie zum Beispiel die spezifische Wärmekapazität, die man für solche Drücke hernehmen müsste.
Und sobald man den Druck von 600 bar zum Beispiel erst aufbauen muss (und damit zwischenzeitlich Wasser bei deutlich weniger Druck in Erstkontakt mit der glühend heißen Röhre käme), oder sobald sich zunächst nur ein Teil des Wassers heftig erwärmt (die Wasserschicht ganz außen, die unmittelbar kontakt zur heißen Röhre hat), reicht die Abschätzrechnung nicht mehr, um ein Nicht-Verdampfen zu garantieren.
Ohne deutlich mehr Details zum Verfahren oder zumindest brauchbare Erfahrungswerte für ganz ähnliche Situationen mit Wasser in solchen Verfahren würde ich da auf die Schnelle aus der Ferne noch keine Entwarnung geben wollen. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 06. Jan 2011 18:47 Titel: |
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ich gehe davon aus, dass das wasser unter den genannten bedingungen ueberkritisch ist...
... und such grad nach nem phasendiagramm im hochtemperatur/hochdruckbereich.
aber irgendwie ist mir so als sein man oberhalb der kritischen daten fuer wasser...
weiterhin: so wie mir der materialtest "abdruecken" gelaeufig ist, drueckst du dort mit ner hochdruckpumpe ohne ruecksicht auf verluste ( oder irgendwelche restgase) deine pruef-flussigkeit rein.
der maximale druck im rohr kann - da sonst das medium ja zurueckgedrueckt wird - den "beaufschlagenden" druck daher nicht uebersteigen: 600 bar ist max., egal ob durch fluessiges, gasfoermiges oder ueberkritisches wasser generiert
diese "drucktests" sind mithin nicht komplett "gasfrei", allerdings eben doch deutlich "gasarm", wodurch der kollateralschaden bei versagen des pruefstuecks relevantestens gemildert wird: das platzen eines fluessig-hochdruck behaeltnisses ist unangenehm, das eines gas-hochdruckbehaeltnisses verheerend
gruss
ingo |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 06. Jan 2011 20:02 Titel: |
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| magician4 hat Folgendes geschrieben: |
der maximale druck im rohr kann - da sonst das medium ja zurueckgedrueckt wird - den "beaufschlagenden" druck daher nicht uebersteigen: 600 bar ist max., egal ob durch fluessiges, gasfoermiges oder ueberkritisches wasser generiert
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Naja, außer der zusätzliche Überdruck würde zu plötzlich - zum Beispiel durch schlagartiges Verdampfen des Wassers, das zu heiß geworden wäre - erzeugt.
Das ist der Faktor, den ich bisher nicht so ohne weiteres abschätzen kann. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 06. Jan 2011 20:44 Titel: |
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ich haett auch muffe vor solchen schlagartigen verdampfungen, denn der spitzendurck beim praktisch "explosionsartigen" verdampfen kann i.s. einer stosswelle schon mal locker in den mehrere kilobar-bereich kommen, da hast du recht - und sowas wird halt im system bestenfalls mittelfristig virialisiert.
wenn ich die pruefung zu machen haette, wuerd ich das werkstueck auch kalt "fluten " und dann komplett aufheizen.... dann warten bis es temperatur (und immernoch druck) hat, und die soll es dann ne weile halten...
... aber wer weiss so genau was da die abzupruefenden rahmenbedingungen sind. moeglicherweise gehts ja just darum was passiert wenn da durch ein (normalerweise kaltes) hochdruckrohr ploetzlich wasser schiesst, aber irgendein dussel hatte da als es leer war ne kerze drunter gestellt oder sowas...
in AKW's z.b. hat man schonmal solche scheinbar absurden pruefkriterien.
gottseidank.
gruss
ingo |
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o~O
Anmeldungsdatum: 30.11.2010
Beiträge: 184
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| o~O Verfasst am: 07. Jan 2011 09:45 Titel: |
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| magician4 hat Folgendes geschrieben: | aber irgendein dussel hatte da als es leer war ne kerze drunter gestellt oder sowas...
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Was meinst du mit Kerze ?? 
| magician4 hat Folgendes geschrieben: |
in AKW's z.b. hat man schonmal solche scheinbar absurden pruefkriterien.
gottseidank.
ingo |
Ich nehme mal an du meinntest KKW; da lege ich Wert drauf  In diesen werden die Rohre außerdem für gewöhnlich mit Ultraschall und Röntgen untersucht. Das hat einfach den Grund, das man die großen Heißdampfleitungen nicht mit Wasserfluten kann. Dafür sind die ja nicht ausgelegt. |
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NaCl
Anmeldungsdatum: 24.11.2010
Beiträge: 23
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| NaCl Verfasst am: 07. Jan 2011 10:41 Titel: |
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| Zitat: | | Ich nehme mal an du meinntest KKW; da lege ich Wert drauf |
Dann müßtest Du es eigentlich EMKW nennen, Kernkraft hat damit ja nichts zu tun.  |
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o~O
Anmeldungsdatum: 30.11.2010
Beiträge: 184
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| o~O Verfasst am: 07. Jan 2011 11:00 Titel: |
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ok ging scheinbar doch um was anderes. Aber was ein EMKW weiß ich gerade garnicht 
Nehme meine Aussage zurück. Gibt halt eine Menge leute die das mit AKW akürzen, daher dachte ich das  |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 07. Jan 2011 13:35 Titel: |
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OT Man traut sich ja garnicht mehr zu lesen hier. Wann und wo wird das bitte gezündet (damit man schnell noch die Wäsche reinholen kann, ehe die Erdhälften rumfliegen)? |
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o~O
Anmeldungsdatum: 30.11.2010
Beiträge: 184
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| o~O Verfasst am: 07. Jan 2011 18:06 Titel: |
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lol, warum auf einmal so dieser Pessimismus ^^ |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 07. Jan 2011 18:44 Titel: |
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| o~O hat Folgendes geschrieben: |
Was meinst du mit Kerze ?? . |
"kerze" steht stellvertretend fuer eine waermequelle die mir >600°C liefert (flammentemperatur bei den dingern liegt im kern so um die 700°C wenn ichs recht erinnere) und bestimmungsgemaess an dem genannten ort eigentlich nicht vorgesehen ist
| o~O hat Folgendes geschrieben: |
Ich nehme mal an du meinntest KKW; da lege ich Wert drauf In diesen werden die Rohre außerdem für gewöhnlich mit Ultraschall und Röntgen untersucht. Das hat einfach den Grund, das man die großen Heißdampfleitungen nicht mit Wasserfluten kann. Dafür sind die ja nicht ausgelegt. |
dass man den umgangssprachlichen begriff "atomkraftwerk" (abgekuerzt AKW) nicht mehr benutzen sollte war mir neu.
weiterhin: die von dir geschilderten untersuchungen sind zutreffend, allerdings erst fuer "nach verbau". soweit mir bekannt, werden hingegen bereits die unverschweissten rohrlaengen herstellerseitig vor auslieferung abgedrueckt, u.a. weil normalerweise nur die schweissnaehte (also die rohrverbindungsstellen), nicht jedoch der gesamte rohrkoerper so wie von dir beschrieben getestet werden.
aber da mag ich auch im irrtum sein...
| o~O hat Folgendes geschrieben: | | Das hat einfach den Grund, das man die großen Heißdampfleitungen nicht mit Wasserfluten kann. Dafür sind die ja nicht ausgelegt. |
wenn die dafuer tatsaechlich nicht ausgelegt sein sollten im zweifel mit wasser/druck gefuellt zu sein.. **** grusel
also, ich denke eher, dass man bei einem test "nach inbetriebnahme" da wohl doch pruefmethoden vorzieht, die im versagensfalle net unbedingt nen rohrbruch im z.b. primaerkreislauf nach sich ziehen...
aber wer weiss das alles schon so genau
gruss
ingo |
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o~O
Anmeldungsdatum: 30.11.2010
Beiträge: 184
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| o~O Verfasst am: 08. Jan 2011 13:43 Titel: |
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ok nun sind mir ein paar Aussagen von dir schon klarer geworden |
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