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2009 | Book

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Wärmeübertragung

Physikalische Grundlagen – Illustrierende Beispiele – Übungsaufgaben mit Musterlösungen

Authors: Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Publisher: Vieweg+Teubner

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Table of Contents

Frontmatter

1. Einführende Beispiele

Im Folgenden soll anhand einiger ausgesuchter Beispiele aus dem Alltag und aus technischen Anwendungen die Bedeutung der Wärmeübertragung in sehr unterschiedlichen Situationen erläutert werden. Solange allerdings noch nicht einmal definiert ist, was „ Wärme“ überhaupt ist und wann und auf welche Weise sie „übertragen“ werden kann, muss sich diese Erläuterung darauf beschränken, die Situationen zu beschreiben und die Aufmerksamkeit auf interessante Teilaspekte zu lenken. Eine Erklärung dieser Phänomene erfordert die Kenntnis der physikalischen Zusammenhänge, die Inhalt des vorliegenden Lehrbuches sind.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

2. Begriffs- und Zielbestimmung

Die grundlegenden Begriffe „Wärme“ bzw. „Wärmeübertragung“ sollen zunächst definiert und eingeordnet werden, bevor zum Schluss dieses Kapitels erläutert wird, was die Aufgaben und Ziele des Fachgebietes „ Wärmeübertragung“ sind.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

3. Dimensionsanalytische Überlegungen

Um weitgehend allgemeingültige Lösungen wärmetechnischer Probleme angeben zu können, ist es unerlässlich, die Probleme möglichst von Anfang an in dimensionsloser Darstellung zu formulieren. In diesem Kapitel soll beschrieben werden, wie dabei methodisch vorzugehen ist.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

4. Allgemeine Betrachtungen zum Wärmeübergang an Systemgrenzen

Bevor die einzelnen zum Teil sehr verschiedenen Situationen der Wärmeübertragung bzw. des Wärmeüberganges an Systemgrenzen im Detail behandelt werden, sollen diese kurz bzgl. ihrer charakteristischen Besonderheiten beschrieben werden. Darüber hinaus werden in diesem Kapitel grundsätzlich vorhandene Gemeinsamkeiten der verschiedenen Situationen der Wärmeübertragung diskutiert.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

5. Wärmeleitung

Dieser Energietransport in Form von Wärme liegt (als alleiniger Mechanismus) in einem ruhenden Stoff vor, wenn dort Temperaturunterschiede vorhanden sind. Er stellt einen grundlegenden Transportmechanismus dar, der in fast allen wärmetechnischen Problemen zumindest als Teilaspekt auftritt und deshalb hier als erstes ausführlich behandelt werden soll. Die Erfahrung zeigt, dass dabei ein Wärmestrom in Richtung abnehmender Temperatur auftritt. Mit Hilfe des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik lässt sich zeigen, dass dies eine Folge der bisher unwiderlegten generellen Aussage ist, dass Entropie nicht vernichtet werden kann.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

6. Konvektiver Wärmeübergang

In vielen wärmetechnischen Problemen treten Strömungen gasförmiger oder flüssiger Fluide auf. Diese Strömungen beeinflussen den Wärmeübergang erheblich, in bestimmten Fällen gibt es auch eine Rückwirkung des Wärmeüberganges auf die Strömung. Diese einseitige bzw. gegenseitige Beeinflussung von Strömungs- und Temperaturfeldern ist bei sehr vielen Wärmeübergangsproblemen von fundamentaler Bedeutung und soll deshalb hier ausführlich behandelt werden.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

7. Zweiphasen-Wärmeübergang

Anders als im vorigen Kapitel wird jetzt kein einphasiges Fluid unterstellt, sondern untersucht, wie der Wechsel des Fluides zwischen der Gas- und der Flüssigkeitsphase zur Physik des Wärmeüberganges beiträgt. Wegen der großen technischen Bedeutung sollen die dabei auftretenden Phänomene ausführlich erläutert werden.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

8. Wärmeübergang durch Strahlung

Der physikalische Mechanismus eines strahlungsbasierten Wärmeüberganges unterscheidet sich grundsätzlich von den bisher behandelten leitungsbasierten Wärmeübergängen. Die leitungsbasierten Wärmeübergänge erfolgen aus molekularer Sicht stets mit Hilfe von Wechselwirkungen benachbarter Moleküle bzw. durch freie Elektronen. Es liegt stets eine Wärmeleitung über die Systemgrenze (Ort des Wärmeüberganges) vor, es muss „ lediglich“ danach unterschieden werden, wie die per Leitung übertragene Energie „ abtransportiert“ wird (siehe Bild 4.1). Im Gegensatz dazu erfolgt der Wärmeübergang durch Strahlung auf elektromagnetischem Weg. Strahlungsbasierte Wärmeübergänge sind die Folge von „ Fernwirkungen“ zwischen Molekülen mit elektromagnetischen Feldern als Übertragungswegen.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

9. Wärmetechnische Apparate

In diesem Kapitel sollen die Grundprinzipien der Prozessgestaltung in wärmetechnischen Apparaten erläutert werden, in denen auf vielfältige Weise die bisher behandelten Mechanismen der Wärmeübertragung auftreten. Für die Details der technischen Umsetzung sowie für Einzelheiten der Berechnung und Auslegung solcher Apparate wird jeweils auf die umfangreiche Spezialliteratur verwiesen.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

10. Messung von Temperaturen und Wärmeströmen

Im Fachgebiet derWärmeübertragung werden die beiden folgenden zentralen Fragen behandelt:

Welche Wärmeströme treten als Folge eines bestimmten Temperaturfeldes bzw. zwischen zwei Körpern unterschiedlicher Temperatur auf?
Welche Temperaturfelder bzw. Oberflächentemperaturen stellen sich als Folge bestimmterWärmeströme ein?

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

11. Schlussbetrachtung

Leserinnen und Leser, die systematisch und ohne Kapitel zu überschlagen bis hierhin vorgedrungen sind, sollten einiges über die verschiedenen Situationen der Wärmeübertragung erfahren haben. Sie dürften jetzt in der Lage sein, die zu Anfang des Buches mit den Beispielen 1.1 und 1.2 vorgestellten Wärmeübertragungsphänomene aus dem Alltag zu verstehen sowie einige darüber hinausgehende Fragen zu beantworten.

Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Backmatter

Title: Wärmeübertragung
Authors: Heinz Herwig
Andreas Moschallski
Copyright Year: 2009
Publisher: Vieweg+Teubner
Electronic ISBN: 978-3-8348-9966-8
Print ISBN: 978-3-8348-0755-7
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9966-8

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