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2025-01-30T07:46:17Z

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'''Filmsieden''' tritt ein beim [[Verdampfung|Verdampfen]] von [[Flüssigkeit]]en bei sehr hohen [[Wärmestromdichte]]n. Dabei bildet sich auf der [[Wärmetauscher|Heizfläche]] ein durchgehendes Dampfpolster (Dampffilm), das im Gegensatz zu der an der Heizfläche anliegenden Flüssigkeit beim [[Blasensieden]] eine hohe wärmeisolierende Wirkung hat. Das heißt, der [[Wärmeübergangskoeffizient]] liegt beim Filmsieden deutlich niedriger als beim Blasensieden.

== Erklärung==
Anschaulich ist das Filmsieden eines tanzenden Wassertropfens auf einer heißen Herdplatte (siehe [[Leidenfrost-Effekt]]). Unter dem Tropfen bildet sich ein Dampffilm, auf dem der Tropfen sich über die Platte bewegt. Aufgrund des schlechten Wärmeübergangs verdampft der Tropfen nur langsam. Der Wert der Wärmestromdichte nimmt am sogenannten Leidenfrostpunkt ein lokales Minimum an.<ref name="Ruben Steinhoff" />
== Probleme==
Der Wärmetransport von der Heizfläche zur Flüssigkeit (durch den Dampffilm hindurch) findet beim Filmsieden überwiegend durch [[Wärmestrahlung]] statt. Beim Übergang vom Blasensieden zum Filmsieden steigt bei gleichbleibender Wärmestromdichte die Wandtemperatur der Heizfläche deutlich an und kann zur Zerstörung der Heizflächen führen.<br />
In kritischen Anwendungen muss darauf geachtet werden, dass die Wärmestromdichten deutlich unter dem Umschlagpunkt vom Blasen- zum Filmsieden liegen. Die kritische Wärmestromdichte ist abhängig vom Druck, dem Sättigungsdruck des Dampfes und der Oberflächenstruktur der Heizfläche.<ref name="Karl Stephan">{{Literatur| Autor=Karl Stephan | Titel=Wärmeübergang beim Kondensieren und beim Sieden | Verlag=Springer-Verlag | ISBN=978-3-642-83159-1 | Jahr=2013 | Online={{Google Buch | BuchID=NwCgBgAAQBAJ | Seite=211 }} | Seiten=211 }}</ref> Sie liegt bei atmosphärischem Druck für die Medienpaarung [[Wasserdampf]] / [[Stahl]] bei >1000 kW/m².<ref name="Verein Deutscher Ingenieure, VDI-Gesellschaft Verf">{{Literatur| Autor=Verein Deutscher Ingenieure, VDI-Gesellschaft Verf | Titel=VDI-Wärmeatlas | Verlag=Springer-Verlag | ISBN=978-3-662-10743-0 | Jahr=2013 | Online={{Google Buch | BuchID=X9ojBgAAQBAJ | Seite=233-IA192 }} | Seiten=233-IA192 }}</ref><ref name="Ralf Goedecke">{{Literatur| Autor=Ralf Goedecke | Titel=Fluidverfahrenstechnik Grundlagen, Methodik, Technik, Praxis | Verlag=John Wiley & Sons | ISBN=3-527-31198-X | Jahr=2006 | Online={{Google Buch | BuchID=TVIAOTkhUFQC | Seite=281 }} | Seiten=281 }}</ref>
Der Übergang zum Filmsieden wird durch Öle oder einen hohen Salzgehalt im Kesselwasser herabgesetzt.
== Abgrenzung==
Ist die Heizfläche nur teilweise von einem Dampffilm bedeckt, spricht man von ''partiellem Filmsieden'', bei vollständiger Benetzung der Heizfläche mit einem Dampffilm von vollständigem Filmsieden.<ref name="Ruben Steinhoff">{{Literatur| Autor=Ruben Steinhoff | Titel=Kondensation und Verdampfung an strukturierten Rohren Aufbau eines Versuchsstandes zur Untersuchung von Wärmeübergangskoeffizienten | Verlag=Springer-Verlag | ISBN=978-3-658-09530-7 | Jahr=2015 | Online={{Google Buch | BuchID=hO1ICAAAQBAJ | Seite=14 }} | Seiten=14 }}</ref>

Das Filmsieden im stabilen oder instabilen Bereich ist zulässig, wenn die Temperatur der Wärmequelle sich dabei unterhalb der zulässigen Betriebstemperatur bewegt oder wenn der Wärmeübergangskoeffizient beim Filmsieden als kontrollierender Widerstand für den Wärmestrom vorgesehen ist.<ref name="Helmut Schaefer">{{Literatur| Autor=Helmut Schaefer | Titel=VDI-Lexikon Energietechnik | Verlag=Springer-Verlag | ISBN=978-3-642-95748-2 | Jahr=2013 | Online={{Google Buch | BuchID=CkDPBgAAQBAJ | Seite=1316 }} | Seiten=603, 1316 }}</ref>
== Vermeidung==
Zur Vermeidung des Filmsiedens bei kompakter Kesselbauweise mit dichter Siederohranordnung werden [[Dampfkessel]] so ausgelegt, dass eine Wärmestromdichte von 300 kW/m² nicht überschritten wird.<ref name="TUDresden">TU DresdenVerbrennung, Wärme- und Stoffübertragung: [https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/iet/ressourcen/dateien/kwt/lehre/folder-2008-01-10-9969950109/VD5.pdf?lang=de Verbrennung und Dampferzeugung (Fernstudium)]</ref>
== In Kernreaktoren==
Bei wassergekühlten [[Kernreaktor]]en ist das Filmsieden ein kritisches Phänomen, dem meist mit hohem Druck begegnet wird. Überschreitet die Wärmestromdichte an der [[Brennstab]]oberfläche durch einen störfallbedingten Anstieg der Reaktorleistung einen bestimmten Wert, die sogenannte kritische Wärmestromdichte oder kritische Heizflächenbelastung, so geht das Blasensieden nahezu schlagartig in stabiles Filmsieden über. An der Staboberfläche bildet sich dabei ein zusammenhängender Dampffilm aus, der den Wärmeübergang drastisch verschlechtert. Die Oberflächentemperatur steigt sprunghaft an und erreicht Werte, die über dem Schmelzpunkt des Hüllrohrwerkstoffes liegen können. Hierfür hat sich aus dem Englischen der Ausdruck ''Burn Out'' eingebürgert, da die Brennstoffhülle an der betroffenen Stelle durchbrennt oder aufschmilzt.<ref name="Helmut Schaefer" />

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Wärmetechnik]]
[[Kategorie:Technische Chemie]]
[[Kategorie:Dampfkesseltechnik]]

[[en:film boiling]]

Filmsieden - Versionsgeschichte

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