Praxis der Wärmeübertragung
von: Rudi Marek, Klaus Nitsche
Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2007
ISBN: 9783446414785
Sprache: Deutsch
374 Seiten, Download: 13630 KB
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| Vorwort | 8 | ||
| Inhaltsverzeichnis | 9 | ||
| Formelzeichen und Abkürzungen | 13 | ||
| 1 Grundlagen der Wärmeübertragung | 18 | ||
| 1.1 Praktische Bedeutung | 18 | ||
| 1.2 Wärme und Wärmestrom | 19 | ||
| 1.3 Temperatur und Temperaturfelder | 20 | ||
| 1.4 Wärmetransportmechanismen | 21 | ||
| 1.4.1 Arten des Wärmetransports | 22 | ||
| 1.4.2 Wärmeleitung | 22 | ||
| 1.4.3 Konvektion | 23 | ||
| 1.4.4 Wärmestrahlung | 24 | ||
| 1.5 Fourier’sche Wärmeleitungsgleichung | 25 | ||
| 1.5.1 Mehrdimensionale instationäre Wärmeleitung mit inneren Wärmequellen | 25 | ||
| 1.5.2 Koordinatenunabhängige Schreibweise | 26 | ||
| 1.5.3 Eindimensionale instationäre Wärmeleitung | 26 | ||
| 1.5.4 Stationäre Wärmeleitung mit Wärmequellen | 26 | ||
| 1.5.5 Stationäre Wärmeleitung ohne Wärmequellen | 26 | ||
| 1.6 Anfangsund Randbedingungen | 27 | ||
| 1.6.1 Anfangsbedingungen | 27 | ||
| 1.6.2 Randbedingungen | 27 | ||
| 1.6.3 Koppelbedingungen | 28 | ||
| 1.7 Elektrische Analogie | 28 | ||
| 1.7.1 Thermische Widerstände und Leitwerte | 29 | ||
| 1.7.2 Spezifische thermische Widerstände und Leitwerte | 29 | ||
| 1.7.3 Wärmedurchgangskoeffizient und Wärmedurchgangswiderstand | 30 | ||
| 1.7.4 Reihenschaltung thermischer Widerstände | 30 | ||
| 1.7.5 Parallelschaltung thermischer Widerstände | 31 | ||
| 1.7.6 Thermischer Kontaktwiderstand | 31 | ||
| 1.8 Beispiele | 32 | ||
| 1.9 Aufgaben zum Selbststudium | 48 | ||
| 2 Massen- und Energiebilanzen | 52 | ||
| 2.1 Grundlagen | 52 | ||
| 2.1.1 System | 52 | ||
| 2.1.2 Kontinuitätsgleichung | 52 | ||
| 2.1.3 Erster Hauptsatz der Thermodynamik | 53 | ||
| 2.1.4 Hinweise zur Aufstellung von Energiebilanzen | 60 | ||
| 2.1.5 Innere Energie und Enthalpie | 62 | ||
| 2.2 Beispiele | 64 | ||
| 2.3 Aufgaben zum Selbststudium | 97 | ||
| 3 Stationäre Wärmeleitung | 102 | ||
| 3.1 Grundlagen | 102 | ||
| 3.1.1 PécletGleichungen für mehrschichtige Bauteile | 102 | ||
| 3.1.2 Mehrschichtige ebene Platte | 102 | ||
| 3.1.3 Zylinderschalen | 102 | ||
| 3.1.4 Kugelschalen | 103 | ||
| 3.1.5 Oberflächenund Schichttemperaturen | 104 | ||
| 3.1.6 Stationäre eindimensionale Wärmeleitung mit inneren Wärmequellen | 104 | ||
| 3.1.7 Ebene Platte mit Wärmequellen | 104 | ||
| 3.1.8 Vollzylinder und Zylinderschale mit Wärmequellen | 104 | ||
| 3.1.9 Vollkugel und Kugelschale mit Wärmequellen | 105 | ||
| 3.1.10 Stationäre zweidimensionale Wärmeleitung ohne innere Wärmequellen | 105 | ||
| 3.2 Beispiele | 109 | ||
| 3.3 Aufgaben zum Selbststudium | 120 | ||
| 4 Rippen und Nadeln | 123 | ||
| 4.1 Grundlagen | 123 | ||
| 4.1.1 Kenngrößen von Rippen | 123 | ||
| 4.1.2 Universelle Rippendifferenzialgleichung | 124 | ||
| 4.1.3 Rechteckrippen | 124 | ||
| 4.1.4 Zylindrische Nadeln | 125 | ||
| 4.1.5 Kreisringrippen | 125 | ||
| 4.1.6 Weitere Formen von Rippen und Nadeln | 125 | ||
| 4.1.7 Optimale Rippen | 127 | ||
| 4.2 Beispiele | 128 | ||
| 4.3 Aufgaben zum Selbststudium | 139 | ||
| 5 Instationäre Wärmeleitung | 141 | ||
| 5.1 Grundlagen | 141 | ||
| 5.1.1 Dimensionslose Kennzahlen | 141 | ||
| 5.1.2 Dimensionslose Grundgleichung | 142 | ||
| 5.1.3 Dimensionslose Anfangsund Randbedingungen | 143 | ||
| 5.1.4 Modelle der instationären Wärmeleitung | 144 | ||
| 5.1.5 Ideal gerührter Behälter | 146 | ||
| 5.1.6 Halbunendlicher Körper | 147 | ||
| 5.1.7 Exakte Lösung für Platte, Zylinder und Kugel | 150 | ||
| 5.1.8 Näherungslösung für große Zeiten | 152 | ||
| 5.1.9 Kurzzeitnäherung des erweiterten ideal gerührten Behälters | 154 | ||
| 5.1.10 Produktansatz bei mehrdimensionaler Wärmeleitung | 158 | ||
| 5.2 Beispiele | 161 | ||
| 5.3 Aufgaben zum Selbststudium | 184 | ||
| 6 Konvektion | 188 | ||
| 6.1 Grundlagen | 188 | ||
| 6.1.1 Arten von Konvektion | 188 | ||
| 6.1.2 Ähnlichkeitstheorie und dimensionslose Kennzahlen | 189 | ||
| 6.1.3 Längs angeströmte ebene Platte | 190 | ||
| 6.1.5 Quer angeströmte Profile | 191 | ||
| 6.1.6 Umströmte Kugel | 191 | ||
| 6.1.7 Einlaufproblematik bei der Rohrund Kanalströmung | 191 | ||
| 6.1.8 Vollständig ausgebildete Laminarströmung | 192 | ||
| 6.1.9 Thermischer Einlauf bei laminarer Strömung | 192 | ||
| 6.1.10 Hydrodynamischer und thermischer Einlauf bei laminarer Strömung | 193 | ||
| 6.1.11 Vollständig ausgebildete turbulente Rohrströmung | 193 | ||
| 6.1.12 Ausgebildete Rohrströmung im Übergangsbereich | 194 | ||
| 6.1.13 Nichtkreisförmige Querschnitte | 194 | ||
| 6.1.14 Fluidtemperaturänderung in Strömungsrichtung | 194 | ||
| 6.1.15 Freie Konvektion | 195 | ||
| 6.1.16 Vertikale ebene Platte | 196 | ||
| 6.1.17 Vertikaler Zylinder | 196 | ||
| 6.1.18 Geneigte ebene Platte | 196 | ||
| 6.1.19 Horizontale ebene Platten | 197 | ||
| 6.1.20 Horizontaler Zylinder | 197 | ||
| 6.1.21 Kugel | 197 | ||
| 6.1.22 Freie Konvektion in geschlossenen Fluidschichten | 198 | ||
| 6.1.23 Horizontale ebene Schichten | 198 | ||
| 6.1.24 Geneigte ebene Schichten | 199 | ||
| 6.1.25 Vertikale ebene Schichten | 199 | ||
| 6.1.26 Freie Konvektion in offenen Fluidschichten | 200 | ||
| 6.1.27 Senkrechte Kanäle | 200 | ||
| 6.1.28 Geneigte Kanäle | 201 | ||
| 6.1.29 Parallele vertikale Platten | 202 | ||
| 6.1.30 Mischkonvektion an umströmten Körpern | 202 | ||
| 6.2 Beispiele | 204 | ||
| 6.3 Aufgaben zum Selbststudium | 217 | ||
| 7 Wärmeübertrager | 219 | ||
| 7.1 Grundlagen | 219 | ||
| 7.1.1 Begriffe und Nomenklatur | 219 | ||
| 7.1.2 Bauformen von Wärmeübertragern | 220 | ||
| 7.1.3 Einseitig konstante Fluidtemperatur | 220 | ||
| 7.1.4 Dimensionslose Kennzahlen | 221 | ||
| 7.1.5 WärmeübertragerHauptgleichung | 222 | ||
| 7.1.6 GleichstromWärmeübertrager | 222 | ||
| 7.1.7 GegenstromWärmeübertrager | 223 | ||
| 7.1.8 KreuzstromWärmeübertrager | 224 | ||
| 7.1.9 Wärmewirkungsgrade von Wärmeübertragern | 225 | ||
| 7.1.10 Korrekturfaktor | 226 | ||
| 7.1.11 Wärmeübertrager mit Phasenübergang | 226 | ||
| 7.1.12 Ablagerungen (Fouling) | 226 | ||
| 7.2 Beispiele | 227 | ||
| 7.3 Aufgaben zum Selbststudium | 239 | ||
| 8 Wärmestrahlung | 241 | ||
| 8.1 Grundlagen | 241 | ||
| 8.1.1 Wellenlängenbereiche der Strahlung | 241 | ||
| 8.1.2 Modell des schwarzen Körpers | 242 | ||
| 8.1.3 Strahlungsfunktion des schwarzen Körpers | 243 | ||
| 8.1.4 Strahlungsintensität und emittierte Strahlung | 244 | ||
| 8.1.5 Auftreffende Strahlung | 245 | ||
| 8.1.6 Helligkeit | 245 | ||
| 8.1.7 Spektrale Kenngrößen | 246 | ||
| 8.1.8 Emissionsgrad | 247 | ||
| 8.1.9 Absorption, Reflexion und Transmission | 248 | ||
| 8.1.10 Graue und selektive Strahler | 249 | ||
| 8.1.11 Kirchhoff’sches Gesetz | 251 | ||
| 8.1.12 Helligkeit grauer opaker Oberflächen | 252 | ||
| 8.1.13 Oberflächenwiderstand für Strahlung | 252 | ||
| 8.1.14 Raumwiderstand zwischen zwei strahlenden Oberflächen | 253 | ||
| 8.1.15 Helligkeitsverfahren für Wärmestrahlungsprobleme | 254 | ||
| 8.1.16 Wärmestrahlung zwischen zwei Oberflächen | 255 | ||
| 8.1.17 Wärmestrahlung zwischen drei Oberflächen | 256 | ||
| 8.1.18 Wärmeübergangskoeffizient für Strahlung | 257 | ||
| 8.1.19 Strahlungsaustauschkoeffizient | 258 | ||
| 8.1.20 Einstrahlzahlen | 258 | ||
| 8.1.21 Einstrahlzahlen zwischen zwei Flächen | 258 | ||
| 8.1.22 Einstrahlzahlen einer Fläche zu sich selbst | 260 | ||
| 8.1.23 EinstrahlzahlenAlgebra | 260 | ||
| 8.1.24 Methode der gekreuzten Fäden | 262 | ||
| 8.1.25 Einstrahlzahlen einfacher Konfigurationen | 262 | ||
| 8.1.26 Strahlungsschutzschirme | 266 | ||
| 8.2 Beispiele | 269 | ||
| 8.3 Aufgaben zum Selbststudium | 286 | ||
| 9 Aufgaben aus verschiedenen Themengebieten | 289 | ||
| 10 Anhang | 303 | ||
| 10.1 Gauß’sche Fehlerfunktion | 303 | ||
| 10.2 BesselFunktionen | 304 | ||
| 10.2.1 BesselFunktionen 1. Art | 304 | ||
| 10.2.2 Modifizierte BesselFunktionen 1. und 2. Art | 304 | ||
| 10.2.3 Zahlentafeln der BesselFunktionen | 306 | ||
| 10.3 Näherungslösung der eindimensionalen instationären Wärmeleitung | 310 | ||
| 10.4 Stoffwerte | 315 | ||
| 10.5 Lösungen der Aufgaben | 317 | ||
| Literatur | 362 | ||
| Index | 364 | ||
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