Wasser und Wasserdampf / Übergänge berechnen

Tom11 · Gast

Meine Frage:
Hallo liebe Physik-Experten!

Ich beschäftige mich zur Zeit etwas mit dem Thema Stirlingmotor, Dampfmaschine und co und würde in diesem Zusammenhang gerne einen besseren Überblick über die Einflussfaktoren bei Phasenübergängen von Wasser bekommen.

In erster Linie würde mich der Zusammenhang zwischen den Faktoren
- Zeit
- Fläche (heiß / kalt)
- Wassermenge
- Temperatur (Wasser)
- Temperatur (Heiz- bzw Kühlfläche)

interessieren.

Letztlich möchte ich beispielsweise berechnen können wie lange es dauert um 10 ml Wasser (70°C) auf einer Heizfläche von 10cm² (200°C) zu verdampfen (oder eben umgekehrt Kondensation Dampf -> Wasser an Kühlfläche). Und das Ganze dann eben für verschiedene Wassermengen / Flächen / Temperaturen etc.

Da leider mein Physik-Unterricht schon eine ganze Weile her ist, hatte ich nun gehofft, dass mir die Experten hier vielleicht ein paar Ansätze in die richtige Richtung geben könnten bzw. mir ein paar Quellen nennen könnten die für diese Frage interessant und relevant sind.

Herzlichen Dank schon im Voraus für jede Hilfe, ich weiß das sehr zu schätzen!!

Viele Grüße und einen schönen Tag noch!
Tom

Meine Ideen:
Wenn ich das richtig verstehe, muss ich auf der einen Seite über die spezifische Wärmekapazität des Wassers die benötigte thermische Energie zum Erhitzen auf 100°C berechnen und dann noch die spezifische Verdampfungswärme dazu addieren, stimmt das so?

Wo ich gerade etwas auf dem Schlauch stehe, ist wie ich dann über die Fläche und Temperatur der Heizplatte die thermische Energie pro Sekunde bekomme...

Ist beim Kondensieren das Ganze dann einfach nur umgekehrt oder muss man noch zusätzlich etwas beachten?

Vermutlich müsste man in einem nächsten Schritt auch noch die Materialeigenschaften der Heiz-/Kühlflächen sowie die steigenden/fallenden Druckbedingungen in einem abgeschlossenen Motor beachten, oder sind diese Einflüsse von der Größenordnung her für einen groben Überblick erst mal vernachlässigbar?

Nochmals herzlichen Dank für jede Hilfe!
Tom

magician4 · Anmeldungsdatum: 03.06.2010 Beiträge: 914

das ganze sind 2 verschiedene paar schuhe:

zum einen die fuer die verdampfung erforderliche energie (/ die bei der kondensation freiwerdende energie, den teil spar ich mir im folgenden)

das ist thermodynamik, und in diesem falle easy berechenbar

zum anderen die frage wie zuegig das dann geht, also welche effektive verdampfungskinetik du dann hast, in abhaengigkeit von den verschiedensten parametern (einige hast du genannt)

--> das ist ne dose wuermer die du da aufzumachen im begriff bist

zwar kannst du "blackboxmaessig" argumentieren, dass die deiner heizplatte zugefuehrte energie ja schlussendlich (nachdem sich alle fliessgleichgewichte etabliert haben) 1:1 in wasserverdampfung umgesetzt werden muss (egal was zwischendurch passiert), d.h. du kannst deine elektrische leistung direkt in verdampfungsleistung umrechnen - aber das ist fuer dich soweit ich dein problem verstehe ja uninteressant.

dich interessiert vielmehr z.b. welche leistung du bei gegebener (dynamisch-konstant sich einstellender) heizoberflaechen-temperatur zugefuehrt hast, vorausgesetzt du hast da einen wasserfilm gegebener dicke, aus welchem es vice versa verdampft

m.a.w.: du interessierst dich fuer den waermedurchgangswiderstand deines setups, als funktion einer einzeltemperatur innerhalb der kaskade und der effektiven wasserschichtdicke

das wird grausam...

...mal beginnend damit, dass die 1 cm wasserschichtdicke (dein beispiel) auf deinem heizelement sich komplett anders verhaelt als verdampfertypische schichtdicken im micrometerbereich usw. (in dem du dir dann vice versa aber leider ueber troepfchenbildung und sowas extrem gedanken machen musst)

brauchst du die werte wirklich, oder ist das mehr interessehalber ?
--> da gibts dicke buecher zur verdampfertechnologie, in denen ziemlich heftig rumgerechnet wird...das sprengt hier den rahmen..

... und auch wenn ich dein problem nicht loesen konnte, ich hoffe ich konnte dir trotzdem ein wenig weiterhelfen?

gruss

ingo

Tom11 · Gast

Hallo Ingo!

Vielen Dank für deine Hilfe, ich hatte inzwischen schon fast befürchtet, dass das nicht so direkt berechenbar ist wie ich gehofft hatte.+

Dann werde ich wohl stattdessen ein paar praktische Tests machen müssen um eine Idee dafür zu bekommen was sich wie auswirkt.

Trotzdem vielen Dank für deine Hilfe!

Grüße
Tom