Thermische Verfahrenstechnik (Subject) / 3. VL Grundarten der Wärmeübertragung (Lesson)

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  • Wärmeübergang Wärmetransport durch Phasengrenzflächen
  • Wärmedurchgang Kombi Leitung und Konvektion
  • Grundgleichungen Wärmeübertragungsarten Leitung: q = λ * - delta T / x Konvektion: q = -alpha * delta T Strahlung: q = -alpha * delta T
  • Unterscheidung in stationären und instationären Wärmetransport stationär: T in jedem Punkt knstant T = const nichtstationär: T Funktion t T ändert sich zeitabhängig 
  • Leitung Beschreibung wann, worüber, Gesetz, Q bei Vorhandensein Temperaturgefälle: Wärmeleitung Energieträger: Moleküle, Elektronen; über Zusammenstöße Fouriersches Gesetz Q je Zeiteinheit transportierte Wärmemenge, proportional zur Temperaturdiff und Fläche A
  • Wärmestromdichte Wärmeleitung auf A bezogen
  • mehrschichtige ebene Wand -Prinzip -Formel -durch jede Schicht geht gleicher Wärmestrom  Q = A * (T1-T2) / (d/λ + ....)
  • zylindrische Wand Q Temperaturdifferenz Q = -λ * A * (T1 - T2) / ln (r2 / r1) mit A = 2 pie r l T2 - T1 = Q / (λ *2 pie l ) * ln (r2 /r1)
  • dreischichtige Zylinderwand Formel Q = A * (T1 - T2) / (1/λ * ln (r2 /r1) + 1 /λ2 * ln (r2/r1)....)
  • Kugelfläche Formel A = 4 pie r2 Q = A * (T2 -T1) / /1/ r1 - 1/r2)
  • Konvektion Def Arten Beteiligung geschwindigkeitsbest. Schritt Transport thermischer Energie mithilfe Fluid natürlich oder erzwungen Beteiligung Wärmeübergang Übergang: Fluid an FK => Zusammenwirkung Leitung, Konvektion -Be- und Entladung
  • Einteilung Wärmeübergang 4 -temperaturausgleichennd -nicht temperaturausgleichend -konstante UT -wechselnde UT
  • Nomogramme -Bedeutung -es gibt eine allgemeingültige dreidimensionale Differentialgleichung Lösungen: dreidimendiomale Temperaturverteilungen => für einfache Geometrien einfache Darstellun der Lösungen und ablesen
  • 3 Einflussfaktoren auf Wärmeübergang -Reynoldszahl: laminar/turbulent -Nusselt-Zahl: Verhältnis Konvektion zu Leitung -Prandtl-Zahl: Stoffeigenschaften, Verhältnis Reibungswärme zu geleiteter Wärme
  • Grashofzahl -Bedeutung -Definition -Formel -durch Temperaturunterschied verursachte Auftriebsströmung -therm. Antriebskraft / innere Trägheitskraft -Gr = l * l3 / v2
  • Kenngrößen zur Beschreibung Wärmeübergang f (Nu, Re, Pr, Gr) = 0
  • Strahlung Beschreibung -elektromagnetische Schwingungen die von festen, flüssigen und gasförmige Körper -keine stoffliche Träger -innere Energie Energiepotential
  • Definition Frequenz v = c / λ
  • Zusammensetzung Strahlungsenergiestrom fr + fa + fd =1
  • Stefan-Bolzmann-Gesetz 2 Formen, Satz der von einer Oberfläche abgestrahlte Wärmestrom E ist proportional zur 4. Potenz der Temperatur und der Strahlungszahl E (T) = σs * T4 Q = A *σs* T4 Strahlungszahl
  • Emissionsgrad Erklärung, Formel, Einbeziehung alle realen Körper strahlen weniger Energie ab E = σ / σs => E = ε *σ* T4
  • Wienersches Verschiebungsgesetz Das nach Wilhelm Wien benannte wiensche Verschiebungsgesetz besagt, dass die Wellenlänge, bei der ein Schwarzer Körper der absoluten Temperatur T die intensivste Strahlung abgibt, umgekehrt proportional zur Temperatur ist. Verdoppelt sich beispielsweise die Temperatur des Strahlers, so halbiert sich die Wellenlänge, bei der sein Strahlungsmaximum liegt.
  • Was ist Alpha bei der Wärmestrahlung? alpha = σ * T1(4) - T2 (4) / (T1- T2)
  • Wärmedurchgang -Zusammensetzung -allgemeine Form 1 und 3. Wärmeübergang Q = alpha * A * (T2- T1) 2: Wärmeleitung Q = λ / d * A (T2 - T1) => Q = k * A * (t2-T1) wobei k = 1 / (1/alp + d/λ + 1/alp)
  • Wärmetausch Definition Arten zwei Massenströme unterschiedlicher Temperatur, die durch Wand getrennt sind, tauschen Wärme aus Arten: Gleich- und Gegenstrom Temperaturänderung längs Weg
  • Wärmeaustausch: Welche 2 grundsätzlichen Formeln? Energieerhalt: Q = mcT = mcT Q = A *k * Tm Tm ist die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz
  • Vergleich Gleich- und Gegenstrom Gleichstrom: bei 0 eine große Temperaturdifferenz, die sich zunehmend verkleinert Gegenstrom: bei 0 und bei A Ende ist die Temperaturdifferenz immer etwa gleich
  • Formeln Gleich und Gegen kommt noch
  • 4 Arten Wärmetauscher -durch Wandung -direkte Berührung -Abgabe an Speicher, dann weiter Abgabe -Sonderbauarten
  • 5 wichtige Wärmetauscher -Plattenwärmetauscher -Kreuzstromwärmetauscher -Rohrwärmetauscher -Dünnschichtverdampfer -Spiralwärmetauscher
  • Plattenwärmetauscher Aufbau Platten in denen Gegenstrom meänderförmig hintereinandergeschaltet
  • Kreuzwärmetauscher Die Ströme überkreuzen sich 
  • Rohrwärmer Doppelrohr im Gegenfluß sind hintereinandergeschaltt
  • Dünnschichtverdampfer runde Form, außen Wärmemantel Einförderung Außenkondensator für Destillat
  • Spiralwärmetauscher Schnecke Schichten abwechselnd für warmes und kaltes Medium
  • 2 Regeln zur Zeitabhängigkeit des Wärmetransportes 1. Temperaturunterschiede gleichen sich aus 2. Je größer der Temperaturunterschied, desto stärker Angleichung 
  • Formel instationärer Wärmetransport T (t) = Tunend + (To - Tunendlich ) * e - kt

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