Dampfströmung

Dampfströmung bezeichnet die Bewegung von Wasserdampf oder dampfartigen Gemischen durch räumliche Begrenzungen wie Rohre, Düsen oder Turbinenkanäle. In technischen Anwendungen begegnet sie häufig als kompressible Strömung bei hohen Drücken und Temperaturen oder als Zwei-Phasen-Strömung, bei der Dampf und flüssiges Wasser miteinander wechselwirken. Typische Einsatzgebiete sind Dampfleitungen, Turbinen, Kesselanlagen, Kondensations- und Wärmetauschprozesse.

Physikalische Grundlagen und Zustandsbeziehungen spielen eine zentrale Rolle. Dampf verhält sich unter vielen Bedingungen annähernd wie ein ideales Gas, besonders im Hochtemperaturbereich, während nah an der Sättigung die Verdampfungsenthalpie und die Wasserqualität wichtig werden. Zustandsgrößen wie Druck, Temperatur, Dichte und Enthalpie werden oft aus Dampftafeln oder Zustandsgleichungen gewonnen. In Mehrphasenströmungen kommen Modelle wie das Homogene Zweiphasenmodell oder mehrregionale Ansätze zum Einsatz, um Verdampfung, Kondensation und Interphasen-Wärmetransport abzubilden.

Wichtige Strömungsphänomene umfassen Druckverluste, Turbulenz, Wärmeübergang sowie Phasenwechselprozesse. In Düsen, Rohren oder Turbinen führen Variationen von Querschnitt, Temperatur und Druck zu komplexen Feldern von Dampfqualität und Wärmestrom. Die Dampfströmung wird oft durch die Navier-Stokes-Gleichungen für kompressible, innere Strömung beschrieben; für praxisnahe Berechnungen kommen CFD-Verfahren mit geeigneten Mehrphasenmodellen zum Einsatz.

Anwendungen: In Kraftwerken und Industrieanlagen steuert Dampfströmung die Leistung von Turbinen, Kondensatoren, Dampfleitungen und Heizsystemen. Sicherheitstechnisch bedeuten zu hohe Druckspitzen oder Wasserhammer sowie Kondensatablagerungen potenzielle Risiken, weshalb Messung von Druck, Temperatur und Qualität sowie passende Regelungssysteme wichtig sind.