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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 00:40 Fr 13.06.2014 | | Autor: | Jellal |
Guten Abend zusammen,
habe eine Frage.
In der Literatur wird immer geschrieben, dass Dampf durch eine Turbine fliegt, sich dort auf niedrigeren Druck ausbreitet und so Arbeit produziert.
Leider ist mir nicht klar, wieso der Druck des Dampfes verringert wird.
In einem Buch wird die Arbeit unter Näherung so ausgedrückt:
W'=m' [mm] *(h_{1}-h_{2})
[/mm]
W' ist Leistung, m' die Massenflussrate und h sind die Enthalpien vorher (1) und nachher (2).
Da an der Turbine Arbeit verrichtet wird, muss der Term positiv sein, also [mm] h_{1}>h_{2}.
[/mm]
Aber wieso schließ ich jetzt darauf, dass dann der Druck am Anfang größer ist?
Kann ja auch das spezifische Volumen oder die innere Energie sein, die gehören ja auch zur Enthalpie...
Gruß
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> Guten Abend zusammen,
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> habe eine Frage.
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> In der Literatur wird immer geschrieben, dass Dampf durch
> eine Turbine fliegt, sich dort auf niedrigeren Druck
> ausbreitet und so Arbeit produziert.
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> Leider ist mir nicht klar, wieso der Druck des Dampfes
> verringert wird.
> In einem Buch wird die Arbeit unter Näherung so
> ausgedrückt:
>
> W'=m' [mm]*(h_{1}-h_{2})[/mm]
> W' ist Leistung, m' die Massenflussrate und h sind die
> Enthalpien vorher (1) und nachher (2).
> Da an der Turbine Arbeit verrichtet wird, muss der Term
> positiv sein, also [mm]h_{1}>h_{2}.[/mm]
> Aber wieso schließ ich jetzt darauf, dass dann der Druck
> am Anfang größer ist?
> Kann ja auch das spezifische Volumen oder die innere
> Energie sein, die gehören ja auch zur Enthalpie...
>
> Gruß
Hallo Jellal,
ja du hasst eigentlich schon ganz recht, in der Uni betrachtet man das ganze ziemlich vereinfacht (natürlich abh. vom Studienfach).
Es wird einfach meist davon ausgegangen, dass die Volumenänderungsarbeit deutlich größer ist als die Entropieproduktion.
Es gilt ja:
dh=Tds+Vdp
Im reversiblen Fall (ds=0) entfällt der Term also und die Leistung der Turbine ergibt sich nur aus der Druckdifferenz.
Wenn du dir den realen Prozess einer Turbine in einem h-s-Diagramm ansiehst wirst du sehen, dass das natürlich nur vereinfacht stimmt.
Des Weiteren wird oft angenommen, dass die Turbine adiabat arbeitet - Wärmeströme an die Umgebung also vernachlässigbar sind.
Daher ist es schon wichtig zu wissen, ob du das Ganze nur oberflächlich aus der Sicht eines Physikers betrachtest, oder deutlich intensiver z.b. in einer Masterveranstaltung im Maschinenbau. (Wobei ich Physikern natürlich nicht zu nahe treten will :D )
Im Grunde ist es aber so einfach: Bei hohem Druck ist h größer (siehe z.B h(p)-Funktion) als bei niedrigem und daher wird in der Turbine Energie frei.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 21:23 Fr 13.06.2014 | | Autor: | Jellal |
Hallo, danke für Deine Antwort!
Ja, bin "nur" Physiker im Bachelorstudiengang, die obreflächliche Betrachtung reicht also ;)
Die Turbine wird als adiabat arbeitend angenommen.
Du benutzt die T-ds-Gleichung.
Was gibt die mir nochmal an? Ein inifitesimales Stück Enthalpie des Systems?
Und Tds ist 0, weil, wie du sagtest, keine Entropie produziert wird, und auch netto keine durch die Masse hinzukommt, da wir ja einen Eingang und einen Ausgang im Kontroll-Volumen haben.
Dann ist dh=Vdp
Aber die Gleichung erklärt nicht, warum der Druck am Ende geringer ist, oder?
Es ist doch h=U+pV.
Geringere Enthalpie heißt daher nicht zwangsweise geringerer Druck, sondern kann auch geringere innere Energie oder geringeres Volumen bedeuten...
Sind das einfach experimentelle befunde, oder braucht man da theoretische Physik für, um sich die Aussage zu erklären?
Gruß
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 15:44 So 15.06.2014 | | Autor: | leduart |
Hallo
auf den beiden Seiten der Turbine herrscht doch verschiedener Druck, dazu muß man natürlich auch kühlen! hast du mal die riesigen Kühltürme bei z.b. Kohlekraftwerken gesehen?, Schon in einem Kochtopf, wird der Deckel beim Kochen periodisch abgehoben, wenn due Wasser kochst, da hast du eine sehr ineffektive Miniturbine. Bei modernen kraftwerken wird erst der sehr hohe druck ausgenutzt, in einer zweiten Stufe, mit anderen Turbinen dann der Rest "Überdruck! im Idealfall hat man am Ende praktisch Wasser und keinen Dampf mehr.
Gruß leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 16:47 Sa 21.06.2014 | | Autor: | Jellal |
Hallo Leduart,
danke für deine Antwort!
Leider macht es mir das immer noch nicht deutlich.
Ich habe Wasserdampf mit hohem Druck.
Der fliegt durch die Turbine.
Und jetzt habe ich auf einmal Wasserdampf mit geringem Druck.
Warum?
Es ist [mm] W'=m'(h_{1}-h_{2})>0, [/mm] also [mm] h_{1}>h_{2}.
[/mm]
Mit W' als Leistung und m' als Massenflussrate.
Nun ist h=U+p*V
Also [mm] U_{1}+p_{1}*V_{1} [/mm] > [mm] U_{2}+p_{2}*V_{2}
[/mm]
Wieso kann ich daraus direkt schließen, dass [mm] p_{2} [/mm] kleiner ist? Das Volumen sollte nahezu konstant bleiben, aber was ist mit der inneren Energie?
Gruß
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(Antwort) fertig | | Datum: | 00:33 So 22.06.2014 | | Autor: | leduart |
Hallo
ich hab einen Fliß der fließt. auf einmal ist er niedriger, warum? könnte er fliessen, wenn kein Höhenunterschied herrschte?
warum stromt denn dein Wasserdampf? Warum fliesst Wasser aus deinem Wasserhahn, warum kannst du mit einem Strohhalm "saugen"
Gruß leduart
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(Frage) überfällig  | | Datum: | 01:36 So 22.06.2014 | | Autor: | Jellal |
Ok, mir ist es jetzt ein wenig klarer.
Durch den hohen Druck hat der Dampf ja erst das "Bedürfnis", sich auszubreiten, um diesen hohen Druck zu senken.
Es wirken also Kräfte, die den Dampf auseinandertreiben. Das macht man sich in der Turbine zunutze.
Aber: Könnte der Druck nicht auch konstant bleiben?
Wenn ich den Dampf meinetwegen mit einem anderen Rotor antreibe, und er dann durch die Turbine fliegt, und nicht der DRUCK der Grund ist, warum er sich bewegt. Dann zieht die Argumentation ja nicht mehr, oder?
Gruß
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 02:21 Di 24.06.2014 | | Autor: | matux |
$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
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> Aber: Könnte der Druck nicht auch konstant bleiben?
> Wenn ich den Dampf meinetwegen mit einem anderen Rotor
> antreibe, und er dann durch die Turbine fliegt, und nicht
> der DRUCK der Grund ist, warum er sich bewegt. Dann zieht
> die Argumentation ja nicht mehr, oder?
>
> Gruß
Dann denk doch mal scharf nach, was ein anderer Rotor machen würde.
Richtig... den Druck auf einer Seite erhöhen.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 01:02 Fr 27.06.2014 | | Autor: | Jellal |
Aber wie rotiert so ein rotierender Rotor, der einfach vor sich hin rotiert, den Druck auf einer Seite nach oben :D?
Sorry, das sind ganz grundlegende Fragen hier, die scheinbar trivial sind, mir aber nicht offensichtlich erscheinen.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 12:54 Fr 27.06.2014 | | Autor: | leduart |
Hallo
1. konstruierst du ein perpetuum mobile, ein Rotor bewegt einen anderen, was soll das bringen? irgendwie denkst du noch immer, dass sich Gas einfach bewegt!
2. nimm mal dein Heft und bewege es schnell durch die Luft. Merkst du einen Widerstand? warum bewegt sich die Luft davon weg?oder überlege, woher gasdruck kommt. Gasteilchen prallen mit v auf die Wand und werden reflektiert, dabei übertragen sie Impuls auf die Wand . wenn sich die Wand nun auf die Teilchen zubewegt was passiert dann? Wodurch kommt Wind auf der Erde zustande? selbst wenn sich deine Stimmbänder bewegen erzeugen sie Druchunterschiede, dadurch entsteht eine Schallwelle!
Gruß leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 18:06 Sa 05.07.2014 | | Autor: | Jellal |
Hallo Leduart,
das Gas bewegt sich, weil an dem "Ziel" ein geringerer Druck herrscht, als am "Startpunkt".
Ist es so, dass der Rotor gar nichts mit dem Druckunterschied zu tun hat?
Gas mit hohem Druck fliegt zu einer Stelle mit niedrigerem Druck. Und durch dieses Gastreiben wird der Rotor bewegt.
Ursprünglich bin ich davon ausgegangen, dass der Rotor selbst etwas damit zu tun hat... was ja eigentlich keinen Sinn macht.
Gruß
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Hi!
Ja, im Wesentlichen ist es so. Das Gas strömt vom Bereich mit hohem Druck zu dem mit niedrigem Druck. Du kannst nun in das Rohr, durch das das Gas strömt, einen Kolben einbauen, der vom Gas voran gedrückt wird. Die Kraft auf den Kolben ist F=p*A , wobei p der Druckunterschied vor/hinter dem Kolben ist, und A der Querschnitt des ganzen. Und die übertragende Energie ist E=F*s
Die Frage ist nun nur, wie die Druckkurve denn nun während der Bewegung aussieht. Strömt z.B. aus einem Verdampfer die ganze Zeit neues Gas nach, so daß der Druck konstant bleibt? Oder verringert sich der Druck, weil das Volumen in dem Rohr zunimmt? Verringert sich der Druck, weil Wärme an die Wände abgegeben wird? Erhöht er sich ggf, weil das Gas im Rohr weiter brennt? Das sind nun eher die Ingenieurs-Fragen.
In einer Turbine hast du nun keinen Kolben, sondern Schaufelräder. Das Gas drückt dagegen, und weil die Schaufeln entsprechtend gebogen sind, wird das Schaufelrad in Drehung versetzt. Die Trägheit und Viskosität des Gases sorgt dafür, daß es Kraft auf die Schaufeln ausübt, und nicht einfach dazwischen durch strömt.
Nun wird man die Turbine mit mehreren Schaufelrädern hinterenander gestalten. Dabei gibt es weitere Tricks: Man läßt den Querschnitt immer größer werden, wodurch das Gas schon in der Turbine expandieren kann, und man einen besseren Druckgradienten erreicht. Im Idealfall kommt hinten nur noch ein laues Lüftchen raus, bei Dampfturbinen wäre Wasser zwar das Optimum, aber das will man sicher nicht in der Turbine haben, daher wird man da im Idealfall Dampf bei Normaldruck und guten 100°C haben wollen.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 22:56 Sa 05.07.2014 | | Autor: | Jellal |
Hallo Event_Horizon,
alles klar, grundlegende Fehlannahme von meiner Seite aus.
Ich hatte die ganze Zeit im Kopf: "Wieso expanidert das? Ist das immer so, wenn es durch eine Turbine fliegt?"
Dabei ist jener Druckunterschied ja gerade erst der GRUND, warum es durch die Turbine fliegt.
Danke euch allen!
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