Thermische Verfahrenstechnik (Fach) / Grundarten der Wärmeübertragung (Lektion)

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• Grundarten der Wärmeübertragung Leitung Konvektion Wärmestrahlung
• Unterschied Wärmeübergang / Wärmedurchgang Wärmeübergang: Wärmetransport durch Phasengrenzflächen Wärmedurchgang: Kombination von Leitung und Konvektion
• Wärmetransport durch Leitung Jeder Stoff leitet bei Vorhandensein eines Temperaturgefälles Wärme. Energieträger sind Moleküle oder Elektronen. Die Energieweiterleitung erfolgt durch Zusammenstöße. Wärmeleitfähigkeit λ
• Wärmetransport und Wärmeübergang Konvektion Konvektion = Transport thermischer Energie mit Hilfe eines bewegten fluiden Mediums natürliche Konvektion (Auftriebskräfte wirken allein) erzwungene Konvektion (zusätzliche Strömungskräfte wie Ventilatoren wirken)
• Wärmeübergang Wärmeübergang = Transport der thermischen Energie zwischen einem Fluid (Gas/Flüssigkeit) und einem von diesem benetzten Festkörper An der Berührungszone liegt reine Wärmeleitung vor. Der Wärmeübergang ist daher als Zusammenwirken von Wärmeleitung und Konvektion zu verstehen
• Einflussfaktoren auf den Wärmeübergang hydronymanische Vorgänge im strömenden Medium laminar turbulent gekennzeichnet durch Reynolds-Zahl
• Wärmeübergang Die während dt einfließende/abfließende Wärme in einen Körper führt zur Steigerung/Senkung einer gespeicherten Wärme durch Temperaturerhöhung/Temperaturerniedrigung dv Unterschied: temperaturausgeglichener Körper / nicht temperaturausgeglichener Körper und: konstante oder wechselnde Umgebungstemperatur
• Wärmeübergang - Kennzahlen Biot = α * l / λ klein = temperaturausgeglichen (1/Bi > 10), groß = nicht ausgeglichen (1/Bi < 10) Fourier-Zahl
• Einflussfaktoren auf Wärmeübergang Strömung (laminar oder turbulent --> Reynoldszahl)
• Wärmetransport durch Strahlung Temperatur- oder Wärmestrahlung = elektromagnetische Schwingungen, die von festen, flüssigen und gasförmigen Körpern ausgehen und an keinen stofflichen Träger gebunden sind. Energiepotential der strahlenden Körper ist ihre innere Energie, gegeben durch die Temperatur. ν = c / λ
• Strahlungsenergiestrom fr + fa + fd = 1 fr = reflektierter Teil fa = absorbierter Teil fd = durchgelassener Teil
• schwarzer Körper reflektiert keine Strahlung Stefan-Boltzmann'sches Gesetz
• Strahlungsaustausch zwischen zwei Flächen Strahlungsaustausch erfolgt gegenseitig und unabhängig vom Abstand beider Körper
• Wärmedurchgang + Kennzahlen Wärmeaustausch zwischen konvekiv bewegten Medien, die durch eine Wand getrennt sind Hintereinanderschaltung von Leitung und Konvektion α = Wärmeübergangszahl λ = Wärmeleitfähigkeit
• Wärmeaustausch Zwei Massenströme unterschiedlicher Temperatur (durch eine Wand getrennt), tauschen ihre Wärme aus. Apparate = Wärmeaustauscher Gleich- oder Gegenstrom
• Wärmeaustauscher Einteilung nach apparativen und konstruktiven Gesichtspunkten Wärmeaustauscher, bei denen die Medien durch eine Wandung getrennt geführt werden Apparate, bei denen sich die wärmeaustauschenden Ströme direkt berühren Apparate, bei denen ein Stoff Wärme an einen Speicher abgibt und von dem aus die Wärme später an einen anderen Stoff wieder abgegeben wird Sonderbauarten
• Beispiele Wärmeaustauscher Plattenwärmeaustauscher Gegenstromtauscher Kreuzstromwärmetauscher Rohrwärmeüberträger Dünnschichtverdampfer mit Außenkondensator Spiralwärmeaustauscher
• Instationäre Wärmeübertragung Zeitabhängigkeit des Wärmetransportes Regeln Temperaturunterschiede gleichen sich aus Je größer der Temperaturunterschied, desto stärker die Angleichung der Temperatur

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