6. WÜ beim Sieden

Sieden ist ein Wärmeübertragungsprozess, bei dem eine Flüssigkeit durch Wärmezufuhr Dampfblasen bildet, weil die Flüssigkeit lokal ihre Siedetemperatur erreicht oder überschreitet.

Die Heizfläche muss überhitzt sein, also gilt:

TW>TS​

• TW​ = Wandtemperatur

• TS = Siedetemperatur der Flüssigkeit

Die Differenz

ΔT=TW​−TS​

nennt man Übertemperatur.

1. Behältersieden (Pool Boiling)

   • Flüssigkeit ruht

   • Blasen entstehen an der Heizfläche und steigen auf

2. Strömungssieden (Flow Boiling)

   • Flüssigkeit strömt über die Heizfläche

   • häufig in Rohren oder Wärmeübertragern

• Flüssigkeit ist nicht erzwungen bewegt

• Wärmeübertragung erfolgt nur durch:

  • Blasenbildung

  • Auftrieb

  • natürliche Konvektion

Typisches Beispiel: Kochen von Wasser im Topf.

1. Flüssigkeit wird erzwungen durch ein Rohr oder Kanal geführt

2. zusätzlich zur Blasenbildung wirkt erzwungene Konvektion

3. tritt häufig in Wärmetauschern und Verdampfern auf.

Die Nukiyama-Kurve beschreibt den Zusammenhang zwischen:

• Wärmestromdichte q

• Übertemperatur ΔT=TW​−TS​

beim Behältersieden.

1. Freie Konvektion (kein Sieden)

2. Blasensieden (Nukleatsieden)

3. Übergangssieden

4. Filmsieden

1. noch keine Blasenbildung

2. Wärmeübertragung nur durch Konvektion

3. Wärmestrom steigt langsam mit Temperaturdifferenz.

1. erste Dampfblasen entstehen an der Wand

2. Blasen wachsen und steigen auf

3. sehr hohe Wärmeübertragung

4. Wärmestrom steigt stark an.

Der maximal erreichbare Wärmestrom beim Blasensieden.

Danach:

• bildet sich eine Dampfdecke

• Wärmeübertragung verschlechtert sich stark.

Dieser Punkt wird auch Burnout-Punkt genannt.

1. instabile Mischung aus

   • Blasensieden

   • Filmsieden

2. Wärmestrom nimmt wieder ab

3. Oberfläche teilweise von Dampf bedeckt.

1. Heizfläche ist vollständig von einer Dampfschicht isoliert

2. Wärmeübertragung erfolgt nur noch durch:

   • Wärmeleitung im Dampf

   • Strahlung

3. sehr schlechter Wärmeübergang.

Die Dampfschicht wirkt wie eine Isolationsschicht, wodurch:

• Wärme schlecht abgeführt wird

• Wandtemperaturen stark steigen können

• Materialschäden entstehen können.

Punkt A: Beginn der Blasenbildung:

• erste isolierte Dampfblasen entstehen

• Übergang von freier Konvektion zu Blasensieden.

Punkt B und C:

• starkes Blasensieden

• viele Blasen entstehen

• sehr hoher Wärmeübergang.

Punkt C:

• kritischer Wärmestrom

• Maximum der Wärmeübertragung

• danach beginnt Übergangssieden.

Punkt D: Übergang zum stabilen Filmsieden:

• Oberfläche vollständig von Dampf bedeckt.