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News: Zehnmal genauer und fünfmal schneller

Zustandseigenschaften von Wasser und Wasserdampf: Thermodynamiker der Ruhr-Universität Bochum leisteten entscheidende Beiträge zur Entwicklung neuer internationaler Industrie-Standards.
Ein vorher nicht geahnter Qualitätssprung bei der Berechnung thermodynamischer Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf ist Bochumer Thermodynamikern gelungen: In einer Arbeitsgruppe der International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) wurde unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Wagner, (Lehrstuhl für Thermodynamik, Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum), eine neue Industrie-Formulation – das ist ein Paket von Zustandsgleichungen – für die thermodynamischen Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf entwickelt.Die neue Industrie-Formulation IAPWS-IF97 deckt insgesamt einen Temperaturbereich von 0° C bis 800° C bei Drücken bis 100 MPa (1000 bar) und für Drücke bis 10 MPa (100 bar) sogar einen Temperaturbereich bis 2000 °C ab. Auf der Grundlage des speziellen Konzepts der neuen Formulation, das rechenzeitintensive Iterationen bei der Berechnung von Zustandseigenschaften als Funktion der technisch wichtigsten Variablenkombination vermeidet, ist die neue Industrie-Formulation insgesamt mehr als fünfmal schneller als die IFC-67. Darüber hinaus ist die IAPWS-IF97 im Mittel um das Zehnfache genauer als die IFC-67. Insgesamt ist ein vorher nicht für möglich gehaltener Qualitätssprung für eine solche Industrie-Formulation erreicht worden.Auf dem diesjährigen Jahrestreffen der IAPWS in Erlangen wurde der gesamte Satz von Zustandsgleichungen unter dem Namen ,IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam" als neuer internationaler Industrie-Standard angenommen. Die neue Formulation IAPWS-IF97 ersetzt den bisherigen Industrie-Standard, die IFC-67, die seit 1967 offizielle Grundlage für Kraftwerksberechnungen auf der ganzen Welt war. Durch die IAPWS-IF97 wird ein völlig neues Qualitätsniveau für die Genauigkeit und Schnelligkeit bei der industriellen Berechnung thermodynamischer Zustandsgrößen von Wasser und Wasserdampf erreicht. Die neue Formulation ist der größte Erfolg der internationalen Forschung auf dem Gebiet der Zustandseigenschaften von Wasser und Wasserdampf in den letzten 30 Jahren.Der bisherige Industrie-Standard für die thermodynamischen Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf war die in den 60er Jahren entwickelte , The 1967 IFC Formulation for Industrial Use" (IFC-67). In der Zwischenzeit erfüllte diese Formulation bei weitem nicht mehr die heutigen Qualitätsanforderungen an die Genauigkeit und insbesondere an kurze Rechenzeiten für die Auslegung moderner Hochleistungskraftwerke und anderer industrieller Anwendungen.Vor diesem Hintergrund beschloß die IAPWS 1990 in Buenos Aires, daß eine neue, ,schnelle" Industrie-Formulation entwickelt werden sollte. Dafür wurde die Task Group ,New Industrial Formulation" gegründet, die von Prof. Wagner geleitet wurde und aus 12 Mitgliedern aus 7 Ländern bestand. Dabei wurden die Entwicklungsarbeiten an der neuen Industrie-Formulation in enger Abstimmung mit der IAPWS-Working Group ,Industrial Calculations" vorgenommen. Mitglieder in dieser Working Group sind u. a. Vertreter der internationalen Kraftwerksindustrie, z. B. General Electric und Westinghouse (USA), Fuij Electric und Mitsubishi Heavy Industry (Japan), GEC Alsthom (Großbritannien), Skoda (Tschechische Republik), ABB (Schweiz) und Siemens KWU. Wesentlicher Bestandteil der Anforderungen war, daß die neue Industrie-Formulation innerhalb bestimmter Toleranzen an den internationalen wissenschaftlichen Standard für die Zustandseigenschaften von Wasser und Wasserdampf, die IAPWS-95 Formulation, angekoppelt werden sollte; dieser wissenschaftliche Standard wurde ebenfalls am Lehrstuhl für Thermodynamik der RUB entwickelt. Die Hauptanforderung an die neue Industrie-Formulation bestand jedoch darin, daß die Berechnung der industriell wichtigsten Zustandsfunktionen im Vergleich zur IFC-67 dreimal schneller sein sollte.Der Hauptanteil der Entwicklungsarbeiten an der gesamten Formulation wurde von Dr.-Ing. A. Kruse am Lehrstuhl für Thermodynamik der Ruhr-Universität Bochum durchgeführt. In enger Kooperation mit der Bochumer Gruppe wurden eine Reihe von Gleichungen auch durch die Thermodynamik-Gruppen der TU Dresden (Prof. Dr.-Ing. A. Dittmann) und der Hochschule Zittau/Görlitz (Prof. Dr.-Ing. H.-J. Kretzschmar) entwickelt.

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