1. Hauptsatz hier richtig?

Hallo liebe Experten,

ich habe folgendes System gebaut, welches gut funktioniert!

Es wird einem flüssigem Stoff in einem Sammelgefäß durch elektrische Heizungen Energie zugeführt. Die Flüssigkeit verdampft und strömt dann Gasförmig über eine Rohrleitung ca. 3Meter nach oben in einen Wärmeübertrager. Dort kondensiert es und strömt über eine Rücklaufleitung zurück in das Sammelgefäß. Die Rückströmung kann aufgrund der aufgebauten Flüssigkeitssäule stattfinden.

Nun möchte ich das System analysieren! Kann ich hier den 1.Hauptsatz der Thermodynamik anwenden? Ich habe mir folgendes überlegt:

Pel = Massenstrom * [(h2-h1)+0.5*(w2^2-w1^2)]

Die Formel müsste hier richtig sein, oder?

Gruß Sawyer

Hallo,
Dein System nennt sich Thermosyphon.
Zunächst machst du am besten eine
Wärmemengenbilanz :
Qelektrisch = Qverluste + Qübertrager
Qübertrager kann man messen, Q verluste auch, aber schwerer,
also am besten deine Rohre gut adiabat einpacken.

Je nachdem wie dein System gebaut ist hast du entweder
eine reine Gasströmung im Steigrohr oder aber eine 2-Phasenströmung.
Hast du eine reine Gasströmung, so misst du oben und
unten die Temperatur sowie Druck (der wohl 1 bar sein wird) und
berechnest die Enthalpieverluste im Steigrohr. Dann misst du die
übertragene Wärmemenge im Übertrager, sowie die Temperatur des
Kondensates. Daraus kannst du den Dampfmassenstrom berechnen.
Aus dem Dampfmassenstrom dann die Geschwindigkeit im Steigrohr
und über die Kontigleichung dann die Geschwindigkeit in der
Rücklaufleitung. Dann nochmal die Temperatur vor der Heizung messen
und dann bilanzieren.
Dann hast du Pheiz = Pübertrager + Psteigrohr + Prücklaufleitung
Pübertrager ist dann :
Massenstrom *((heingang-hausgang)+ 0.5(weingang_ü^2 - wausgang_ü^2).
Psteigrohr ergibt sich zu Massenstrom*((h_verdampfer - heingang)+
w_verdampferausgang^2 - weingang_ü^2)) .
In der Rücklaufleitung ist kein Geschwindigkeitsgradient vorhanden,
da Wasser recht inkompressibel ist (kontigl). Also gilt
Prücklauf = Massenstrom*(hausgang - hvorrat). Und schließlich
die Heizung : Pheiz = Massenstrom((h_verdampfer - hvorrat)+
0.5 *(wverdampfer - wzuleitung)), wobei Pheiz = Pel .
Da der Massenstrom konstant ist, kann man mit einer spezifischen
Heizleistung pel rechnen . Nun noch alles aufaddieren.
Dazu bin ich zu faul :smile:
Dein ergebniss stimmt also, ist aber unvollständig, da du die
verluste ignorierst xD

Hallo Sawyer,

deiner Frage:

Kann ich hier den
1.Hauptsatz der Thermodynamik anwenden?

entnehme ich, daß dir da Zweifel gekommen sind.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist eine negative Erfahrungstatsache. Seine Gültigkeit wird bewiesen durch die vielen negativen Versuche, Energie aus dem Nichts zu erzeugen.
Es könnte aber sein, daß es irgendwann doch einmal gelingt.
Kann deine Anlage das vielleicht leisten?

Mit freundlichen Grüßen

watergolf

Hallo Diggi,

Dein System nennt sich Thermosyphon.
Zunächst machst du am besten eine
Wärmemengenbilanz :
Qelektrisch = Qverluste + Qübertrager

Habe ich bereits erledigt. Habe dabei logischerweise festgestellt, das mit höherer Gastemperatur, auch die Verluste steiegen.

Qübertrager kann man messen, Q verluste auch, aber schwerer,
also am besten deine Rohre gut adiabat einpacken.

Meine Rohre habe ich gut möglichst gedämmt!
Die Verlustleistung habe ich jedoch anders berechnet:

QVerlust=Pel-Qübertrager

Da ich einen Massenstromzähler eingebaut habe, konnte ich die Übertragerleistung berechnen.

Je nachdem wie dein System gebaut ist hast du entweder
eine reine Gasströmung im Steigrohr oder aber eine
2-Phasenströmung.

Meist habe ich eine reine Gasströmung, da ich dem Stoff nach der Verdampfung Wärme zuführe, sodass es überhitzt.

Hast du eine reine Gasströmung, so misst du oben und
unten die Temperatur sowie Druck (der wohl 1 bar sein wird)
und
berechnest die Enthalpieverluste im Steigrohr.

Druck messe ich leider nur an einer Stelle im System.

Dann misst du

die
übertragene Wärmemenge im Übertrager, sowie die Temperatur des
Kondensates. Daraus kannst du den Dampfmassenstrom berechnen.
Aus dem Dampfmassenstrom dann die Geschwindigkeit im Steigrohr
und über die Kontigleichung dann die Geschwindigkeit in der
Rücklaufleitung. Dann nochmal die Temperatur vor der Heizung
messen
und dann bilanzieren.
Dann hast du Pheiz = Pübertrager + Psteigrohr +
Prücklaufleitung
Pübertrager ist dann :
Massenstrom *((heingang-hausgang)+ 0.5(weingang_ü^2 -
wausgang_ü^2).

Diese Leistung habe ich mit Massenstrom*Enthalpiedifferenz berechnet. So ist es doch auch in jeder Literatur zu finden. Die Enthalpie konnte ich durch Temperaturmessung ermitteln.

Psteigrohr ergibt sich zu Massenstrom*((h_verdampfer -
heingang)+
w_verdampferausgang^2 - weingang_ü^2)) .

In der Rücklaufleitung ist kein Geschwindigkeitsgradient
vorhanden,
da Wasser recht inkompressibel ist (kontigl). Also gilt
Prücklauf = Massenstrom*(hausgang - hvorrat).

verstehe ich nicht ganz.

Und schließlich

die Heizung : Pheiz = Massenstrom((h_verdampfer - hvorrat)+
0.5 *(wverdampfer - wzuleitung)), wobei Pheiz = Pel .

Den elektrischen Energieverbrauch messe ich.

Da der Massenstrom konstant ist, kann man mit einer
spezifischen
Heizleistung pel rechnen . Nun noch alles aufaddieren.
Dazu bin ich zu faul :smile:
Dein ergebniss stimmt also, ist aber unvollständig, da du die
verluste ignorierst xD

In meinen Berechnungen habe ich den Geschwindigkeitsteil nicht berücksichtig! Dies werde ich noch tun.

Vielen Dank für deine ausführliche Antwort.

Gruß Sawyer

Nein, auch meine Anlage kann dieses leider nicht. Aber vielleicht fällt mir ja noch etwas ein. :wink:

Gruß

Gruß