Wasserdampftafel-Rechner

• Nachschlagemodi. Gesättigt nach Temperatur oder nach Druck liefert die Zweiphasengrenze — die Zustände der siedenden Flüssigkeit (f) und des gesättigten Dampfes (g), die an diesem Punkt koexistieren — vom Tripelpunkt bis zum kritischen Punkt (373,946 °C, 22,064 MPa). Überhitzt nimmt Temperatur und Druck und verlangt eine Temperatur oberhalb der Sättigung bei diesem Druck; darunter liegt unterkühlte Flüssigkeit vor.
• Druckbasis. Alle Drücke hier sind Absolutdrücke. Zu Manometerwerten ist der Atmosphärendruck zu addieren (1,013 bar auf Meereshöhe): 10 bar(g) ≈ 11,0 bar(a) mit einer Sättigungstemperatur von 184 °C, nicht 180 °C.
• f, g und fg. Index f steht für die siedende Flüssigkeit, g für den gesättigten Dampf und fg für die Differenz — h_fg ist die Verdampfungsenthalpie, die Energie zum Verdampfen von 1 kg bei konstantem Druck; s_fg die zugehörige Entropieänderung.
• Spezifisches Volumen v und Dichte ρ. Volumen je Kilogramm (m³/kg) und sein Kehrwert (kg/m³). v_g fällt mit dem Druck steil ab — 1,67 m³/kg bei Atmosphärendruck, 0,19 m³/kg bei 10 bar(a) — das bestimmt die Dimensionierung von Dampfleitungen und Sicherheitsventilen.
• Innere Energie u und Enthalpie h. h = u + p·v. Die Enthalpie ist die Größe für Strömungsprozesse (Kessel, Turbinen, Wärmeübertrager, Entspannungs- und Kondensatrechnungen); die innere Energie gilt für geschlossene Systeme bei konstantem Volumen.
• Entropie s. Für die isentrope (ideale) Entspannung: Turbine oder Düse werden zunächst bei konstantem s gelöst, dann wird ein isentroper Wirkungsgrad angesetzt. s_g fällt mit dem Druck, s_f steigt (der Verdampfungsanteil s_fg schrumpft) — eine Entspannung aus gesättigtem Dampf bei hohem Druck endet daher im Nassdampfgebiet.
• Spezifische Wärmekapazität c_p. Wärme je Kilogramm und Kelvin bei konstantem Druck. Sie steigt in der Nähe des kritischen Punkts und entlang der Sättigungslinie stark an, ein einzelnes „c_p von Dampf“ ist daher nur weit im Überhitzungsgebiet brauchbar.
• Bezugszustand. u und s sind null für die siedende Flüssigkeit am Tripelpunkt (0,01 °C, 611,657 Pa) — die IAPWS-Konvention, die auch gedruckte Dampftafeln nutzen; Enthalpien hier sind also direkt mit gedruckten Tafeln und dem NIST WebBook vergleichbar.

• Industrieformulation IAPWS-IF97, Regionen 1 (unterkühlte Flüssigkeit), 2 (überhitzter Dampf) und 4 (Sättigungslinie), mit der Rückwärtsgleichung der Norm für T_s(p). Es ist die Formulation, die Kraftwerks- und Prozessregelwerke vorschreiben; sie stimmt mit der wissenschaftlichen Formulation IAPWS-95 innerhalb der angegebenen Toleranzen überein (typisch besser als 0,1 %).
• Region 3, das dichte Fluid zwischen etwa 350 °C und dem kritischen Punkt bei Drücken über 16,5 MPa, sowie Region 5 (über 800 °C) sind nicht implementiert. Eine Überhitzt-Abfrage, die in Region 3 fällt, liefert kein Ergebnis; Sättigungswerte zwischen 350 °C und dem kritischen Punkt setzen die Gleichungen der Regionen 1 und 2 über ihre nominelle Grenze hinaus fort und weichen nahe dem kritischen Punkt um einige Prozent von der Norm ab — dieses Ende der Tafel als Richtwert behandeln.
• Bereiche: gesättigt 0–373,946 °C (611,7 Pa – 22,064 MPa); überhitzt 0–800 °C und bis 100 MPa; unterkühlte Flüssigkeit bis 350 °C. Außerhalb liefert der Rechner nichts statt einer Extrapolation.
• Nur einphasige oder gesättigte Zustände. Nassdampf mit Dampfgehalt x wird nicht direkt nachgeschlagen — f- und g-Werte kombinieren: h = h_f + x·h_fg (ebenso für v, u, s).
• Nur thermodynamische Größen. Viskosität und Wärmeleitfähigkeit stammen aus eigenen IAPWS-Veröffentlichungen (2008 und 2011) und stehen nicht auf dieser Seite; der Strömungssolver führt seine eigene Dampfviskosität.
• Reines Wasser. Kesselwasser mit Konditionierungschemikalien oder gelösten Feststoffen weicht geringfügig ab, vor allem in der Siedepunkterhöhung.

Der SimuPipe-Solver nutzt denselben IAPWS-IF97-Stoffdatensatz, wenn er Dampf durch ein Netz führt (Dichte, Enthalpie und Sättigungsprüfungen, Verletzung der Einphasigkeit als Warnung). Seine Genauigkeit ist Fall für Fall dokumentiert auf der Validierungsseite, der vollständige Gleichungssatz steht in der Berechnungsmethodik.

Formulation und Vergleichsquellen:

• IAPWS R7-97(2012). Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam. iapws.org — die hier implementierten Gleichungen einschließlich der oben reproduzierten Prüftabellen.
• Wagner, W., Cooper, J. R., Dittmann, A., et al. (2000). "The IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam." Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 122(1), 150–184. doi:10.1115/1.483186 — die begutachtete Beschreibung von IF97, seiner Regionenstruktur und Genauigkeit.
• Wagner, W. and Pruß, A. (2002). "The IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use." Journal of Physical and Chemical Reference Data, 31(2), 387–535. doi:10.1063/1.1461829 — die wissenschaftliche Formulation, an die IF97 angepasst ist; Grundlage der NIST-Tafeln.
• NIST Chemistry WebBook, SRD 69 — Thermophysical Properties of Fluid Systems. webbook.nist.gov — unabhängige Stoffwerte für Stichproben (auf IAPWS-95-Basis).
• Wagner, W. and Kretzschmar, H.-J. (2008). International Steam Tables — Properties of Water and Steam Based on the Industrial Formulation IAPWS-IF97, 2nd ed., Springer. doi:10.1007/978-3-540-74234-0 — gedruckte IF97-Tafeln und -Diagramme mit dem vollständigen Gleichungssatz und den Rückwärtsfunktionen.