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Erschienen in:
Gegenstand und Grundbegriffe der Thermodynamik Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

2013 | OriginalPaper | Buchkapitel

15. Grundbegriffe der Wärmeübertragung

verfasst von : Peter Stephan, Karlheinz Schaber, Karl Stephan, Franz Mayinger

Erschienen in: Thermodynamik

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Bei unseren bisherigen Betrachtungen wurde oft Wärme von einem Körper an eine anderen übertragen, ohne dass wir diesen Vorgang näher betrachteten. Wir haben häufig angenommen, dass die Wärme mit verschwindend kleinem Temperaturgefälle überging. Je kleiner aber das Termperaturgefälle ist, um so größer werden die dazu notwendigen Einrichtungen. Die Kenntnis der unter gegebenen Verhältnissen zu- oder abzuführenden Wärmen bestimmt also die Abmessungen von Dampfkesseln, Heizapparaten, Wärmeübertragern usw. Aber auch die Berechnung von elektrischen Maschinen, Transformatoren, elektronischen Bauteilen, hoch beanspruchten Lagern usw. hat wesentlich auf die Möglichkeit der Abfuhr der Verlustwärme Rücksicht zu nehmen. Viele Vorgänge bei hoher Temperatur sind nur bei intensiver Kühlung der Wände möglich (Dieselmotoren, Gasturbinen, Brennkammern, Strahldüsen von Raketen, usw.). Daraus wird ersichtlich, dass die technische Thermodynamik sehr eng mit dem Gebiet der Wärmeübertragung verknüpft ist. Im vorliegenden Buch wird in diesem letzten Kapitel daher ein Überblick über die Grundbegriffe und wichtige Berechnungsgrundlagen der Wärmeübertragung gegeben.
Bei der Wärmeübertragung haben wir im Wesentlichen drei Fälle zu unterscheiden.

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Fußnoten
1
Jean Baptiste Fourier (1768–1830) war Professor für Analysis an der Ecole Polytechnique in Paris und seit 1807 Mitglied der französischen Akademie der Wissenschaften. 1822 erschien sein wichtigstes Werk „Théorie analytique de la chaleur“. Es ist die erste umfassende mathematische Theorie der Wärmeleitung und enthält auch die Fourier-Reihen zur Lösung der Randwertaufgaben der instationären Wärmeleitung.
 
2
Osborne Reynolds (1842–1912) war Professor für Ingenieurwissenschaften in Manchester, England. Er wurde durch seine grundlegenden Arbeiten zur Strömungsmechanik bekannt. Er untersuchte den Übergang von der laminaren in die turbulente Strömung und entwickelte die Grundlagen zur Beschreibung turbulenter Strömungen.
 
3
Franz Grashof (1826–1893) lehrte als Professor für Theoretische Maschinenlehre an der Technischen Hochschule Karlsruhe. Sein Hauptwerk, die aus drei Bänden bestehende „Theoretische Maschinenlehre“ erschien zwischen 1875 und 1890 und war eine umfassende, wissenschaftlich fundierte Darstellung des Maschinenbaues. Grashof gründete 1856 den Verein Deutscher Ingenieure (VDI) und war dessen erster Direktor.
 
4
Jean Claude Eugene Péclet (1793–1857) wurde 1816 Professor für Physik in Marseille; seit 1827 lehrte er in Paris. Sein bekanntestes Werk „Traité de la chaleur et ses applications aux arts et aux manufactures“ (1829) behandelte auch Probleme der Wärmeübertragung und wurde in mehrere Sprachen übersetzt.
 
5
Ludwig Prandtl (1875–1953) war Professor für Angewandte Mechanik an der Universität Göttingen und seit 1925 Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Strömungsforschung in Göttingen. Die von ihm entwickelte Grenzschichttheorie sowie Arbeiten über turbulente Strömungen, zur Tragflügeltheorie und zur Theorie der Überschallströmungen waren grundlegend für die Strömungslehre.
 
6
Wilhelm Nußelt (1882–1957) wurde 1920 als Professor für Theoretische Maschinenlehre an die Technische Hochschule Karlsruhe berufen. Von 1925 bis 1952 lehrte er an der Technischen Hochschule München. 1915 veröffentlichte er die grundlegende Arbeit „Die Grundgesetze des Wärmeüberganges“, in der er erstmals dimensionslose Kenngrößen einführte.
 
7
Thomas Edward Stanton (1865–1931) war Schüler von O. Reynolds in Manchester. 1899 wurde er Professor an der Universität Bristol, England. Von ihm stammen grundlegende Beiträge zum Impuls- und Wärmetransport von Strömungen und zur Konstruktion und Thermodynamik von Flugzeugen.
 
8
VDI-Wärmeatlas, 9. Auflage, Springer-Verlag, 2002
 
9
Gnielinski, V.: Neue Gleichungen für den Wärme- und Stoffübergang in turbulent durchströmten Rohren und Kanälen. Forsch. Ingenieur-Wesen 4 (1975) 8–16.
 
10
VDI Wärmeatlas, 9. Aufl. Springer-Verlag, 2002, Abschnitte Gf und Gg.
 
11
Hausen, H.: Bemerkung zur Veröffentlichung von A. Hackl und W. Gröll: Zum Wärmeübergangsverhalten zähflüssiger Öle. Verfahrenstech. 3 (1969) 355, 480 (Berichtigung).
 
12
Choi, H.; Rohsenow, W.M.: Heat, mass and momentum transfer. Englewood Cliffs: Prentice-Hall 1961.
 
13
Baehr, H.D., Stephan, K.: Wärme- und Stoffübertragung, 4. Auflage. Berlin, Heidelberg, New York: Springer 2004.
 
14
Nukijama, S.: The maximum and minimum values of the heat Q transmitted from metal to boiling water under atmospheric pressure. J. Jap. Soc. Mech. Eng. 37 (1934) 367–374, engl. Übersetzung in Int. J. Heat Mass Transfer 9 (1966) 1419–1433.
 
15
Stephan, K.; Preußer, P.: Wärmeübergang und maximale Wärmestromdichte beim Behältersieden binärer und ternärer Flüssigkeitsgemische. Chem.-Ing.-Tech. MS 649/79, Synopse Chem.-Ing.-Tech. 51 (1979) 37.
 
16
VDI-Wärmeatlas, 9. Auflage, Springer-Verlag, 2002, Abschnitt H
 
17
Collier, J.G., Thome, J.R.: Convective boiling and condensation. Third edition New York: McGraw-Hill 1994.
 
18
Nußelt, W.: Die Oberflächenkondensation des Wasserdampfes. Z. VDI 60 (1916) 514–546, 569–575.
 
19
Grigull, U.: Wärmeübergang bei der Kondensation mit turbulenter Wasserhaut. Forsch. Ing. Wes. 13 (1942) 49–57.
 
20
Grigull, U.: Wärmeübergang bei der Filmkondensation. Forsch. Ing. Wes. 18 (1952) 10–12.
 
21
VDI-Wärmeatlas, 10. Auflage, Springer-Verlag, 2006, Abschnitt J
 
22
Hausen, H.: Wärmeübertragung im Gegenstrom, Gleichstrom und Kreuzstrom, 2. Aufl. Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1976.
 
23
Kühne, H.: Beitrag zur Frage der Aufstellung von Leistungsregeln für Wärmeaustauscher Z. VDI, Beiheft „Verfahrenstechnik“ 2 (1943) 37–46.
 
24
Roetzel, W.: Mittlere Temperaturdifferenz bei Kreuzstrom in einem Rohrbündel-Wärmeaustauscher. Brennstoff-Wärme-Kraft 21 (1969) 246–250.
 
25
Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) war Professor für Theoretische Physik in Breslau (1850–1854), Heidelberg (1854–1875) und in Berlin (ab 1875). Er fand schon in seiner Studienzeit in Breslau die nach ihm benannten Gesetze der Stromverzweigung. Er fand die Gesetze der Absorption und Emission von Strahlung.
 
26
Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien (1864–1928) entdeckte 1893 als Assistent von Hermann v. Helmholtz an der Physikalisch Technischen Reichsanstalt in Berlin das Verschiebungsgesetz. Er wurde 1896 Professor für Physik an der TH Aachen, 1899 Professor in Würzburg und wechselte 1920 an die Universität München. 1911 erhielt er den Nobel-Preis für Physik für seine Arbeiten über Wärmestrahlung.
 
27
L. Boltzmann, s. Fußnote  im Abschn. 8.​4.​2. Josef Stefan (1835–1893) war Professor für Physik an der Universität Wien. Er veröffentlichte zahlreiche Arbeiten über Wärmeleitung und Diffusion, über die Eisbildung und den Zusammenhang zwischen Oberflächenspannung und Verdampfung. Das T4-Gesetz der Wärmestrahlung fand er durch sorgfältige Auswertung älterer Experimente.
 
28
Johann Heinrich Lambert (1728–1777), Mathematiker, Physiker und Philosoph war zunächst Hauslehrer beim Grafen P. v. Salis in Chur, ab 1759 Mitglied der Bayerischen und ab 1765 Mitglied der Berliner Akademie der Wissenschaften. Er beschäftigte sich mit der Lichtausbreitung und vielen anderen Themen der Physik und Astronomie, konstruierte mehrere Luftthermometer und bewies, dass π und e keine rationalen Zahlen sind.
 
29
Schmidt, E.; Eckert, E.R.G.: Über die Richtungsverteilung der Wärmestrahlung von Oberflächen. Forsch. Ing. Wes. 6 (1935) 175–183.
 
30
Hottel, H.C.; Sarofim, A.F.: Radiative transfer. New York: McGraw-Hill 1967.
 
31
VDI-Wärmeatlas, 9. Aufl. Düsseldorf: VDI-Verlag 2002, Abschnitt K.
 
32
Siegel, R.; Howell, J.R.; Lohrengel, J.: Wärmeübertragung durch Strahlung. Teil 2: Strahlungsaustausch zwischen Oberflächen und Umhüllungen. Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1991
 
33
Howell, J.R.: Catalog of Radiation Configuration Factors. New York: McGraw-Hill 1982.
 
Metadaten
Titel
Grundbegriffe der Wärmeübertragung
verfasst von
Peter Stephan
Karlheinz Schaber
Karl Stephan
Franz Mayinger
Copyright-Jahr
2013
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Buch
Thermodynamik

Print ISBN: 978-3-642-30097-4

Electronic ISBN: 978-3-642-30098-1

Copyright-Jahr: 2013

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-30098-1_15

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