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2000 | Buch

Wärmeübertragung A-Z

Systematische und ausführliche Erläuterungen wichtiger Größen und Konzepte

verfasst von: Dr. Ing. Heinz Herwig

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : VDI-Buch

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Über dieses Buch

Die etwa 100 wichtigsten Begriffe der Wärmeübertragung werden erläutert und in Beispielen erklärt. Die wichtigsten Berechnungsformeln werden aufgeführt, die wichtigsten Definitionen zusammengestellt.
Alles in allem ein rundes Nachschlagewerk, das gerade in der Lehre seinen Stellenwert haben wird. Der lexikalische Aufbau erleichtert die Suche nach den Begriffen, die Beschränkung auf das Wesentliche ermöglicht das schnelle Verständnis der wichtigen Zusammenhänge.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Adiabate Wandtemperatur T ad * (adiabatic wall temperature T ad * )

Es handelt sich um diejenige Wandtemperatur (-verteilung) eines bestimmten Problems, die sich aufgrund von Dissipationseffekten (in Wandnähe) einstellt, wenn die Wand wärmeundurchlässig ist.

Heinz Herwig
Analogie (analogy)

Es handelt sich urn den Versuch, aus ähnlichen oder unter speziellen Bedingungen auch gleichen Grundgleichungen für Probleme aus dem Bereich der Impuls-, Wärme- und Stoffübertragung auf ähnliche oder gleiche Lösungen zu schließen. Damit sollen Ergebnisse aus einem Bereich per Analogieschluß auf andere Bereiche übertragen werden.

Heinz Herwig
Behältersieden (pool boiling)

Es handelt sich um eine spezielle Variante des Siedevorganges, also des Überganges eines Stoffes aus seiner flüssigen Phase in die Gasphase (Dampf); siehe dazu auch das Stichwort Sieden.

Heinz Herwig
Bénard Konvektion (Bénard convection)

Es handelt sich urn bestimmte Strömungsformen in einer von unten beheizten Fluidschicht. Diese treten oberhalb von sog. kritischen Temperaturunterschieden zwischen der Unter- und Oberseite einer horizontalen Fluidschichtauf. Für Temperaturunterschiede, die kleiner als die kritische Temperatur-differenz sind, liegt reine Wärmeleitung in der ruhenden Flüssigkeit vor.

Heinz Herwig
Biot-Zahl Bi (Biot number Bi)

Es handelt sich um eine dimensionslose Kennzahl konjugierter Probleme, d.h., von Wärmeübertragungssituationen, bei denen gleichzeitig Wärmeleitung in einem Festkörper und ein konvektiver Wärmeübergang im angrenzenden Fluid auftreten. Mit Hilfe der Biot-Zahl können Grenzfälle der konjugierten Probleme identifiziert werden, die eine vereinfachte Lösung erlauben.

Heinz Herwig
Boussinesq-Approximation (Boussinesq approximation)

Es handelt sich um eine mathematische Näherung bei der Beschreibung von Strömungen, die durch Auftriebseffekte hervorgerufen oder beeinflußt werden (natürliche bzw. gemischte Konvektion). Dabei wird unterstellt, daß die Temperaturabhängigkeit der beteiligten Stoffwerte und hier insbesondere die der Dichte ϱ* bis auf eine einzige Ausnahme vernachlässigt werden kann.

Heinz Herwig
Dimensionsanalysis (dimensional analysis)

Es handelt sich dabei urn mathematische Überlegungen zur Struktur von Gleichungen und mathematischen Modellen. Ausgangspunkt ist die Bedingung dimensionskonsistenter Gleichungen. Damit folgen aus den Gleichungen unmittelbar bestimmte Aussagen in bezug auf die möglichen Parameter (Kennzahlen) der Lösungen. Aber auch wenn die Gleichungen einer (mathematisch /physikalischen) Modellvorstellung nicht explizit bekannt sind, können aus den Dimensionen der grundsätzlich beteiligten Größen Schlüsse auf die Parameter gezogen werden, von denen die Lösungen abhängen.

Heinz Herwig
Eckert-Zahl Ec (Eckert number Ec)

Es handelt sich um eine dimensionslose Kennzahl im Sinne der Dimensions-Analysis. Sie erscheint bei der Entdimensionierung der thermischen Ener-giegleichung im Zusammenhang mit dem Dissipationsterm.

Heinz Herwig
Einstrahlzahl φ ij (view factor F ij )

Es handelt sich um einen dimensionslosen Faktor, der den Austausch von Wärmestrahlung zwischen zwei infinitesimalen Flächenelementen dA*1 und dA*2 beschreibt. Unter bestimmten Voraussetzungen ist dieser Faktor nur von geometrischen Größen abhängig und kann auf endliche Flächen A*1, A*2 angewandt werden. Ausgehend von solchen Zweierkorrelationen kann der Austausch von Wärmestrahlung zwischen mehr als zwei beteiligten Flächen oder von einzelnen Flächen mit der gesamten umschließenden Fläche ermittelt werden.

Heinz Herwig
Entropie S * (entropy S *)

Es handelt sich um eine extensive Zustandsgröße eines Systems im thermodynamischen Gleichgewicht, die eine zentrale Größe der Thermodynamik darstellt. Als Zustandsgröße besitzt S* ein vollständiges Differential. Die Definition der Entropie erfolgt über den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Daraus wird ersichtlich, daß die Entropie sehr eng mit dem physikalischen Vorgang der Wärmeübertragung und noch allgemeiner mit der Definition der (thermodynamischen) Temperatur verbunden ist.

Heinz Herwig
Entropieproduktion S * Pro (entropy generation S * gen)

Es handelt sich dabei um die bei realen Prozessen stets auftretende Erzeugung von Entropie durch irreversible Effekte. Im Zusammenhang mit der Wärmeübertragung treten zwei Effekte (häufig gleichzeitig) auf: Entropieerzeugung durch Wärmeleitung und Entropieerzeugung durch Dissipation mechanischer Energie, z.B. bei der konvektiven Wärmeübertragung.

Heinz Herwig
Exergie (exergy)

Es handelt sich um eine Präzisierung des Energiebegriffes, mit dessen Hilfe Prozesse der Energieumwandlung systematisch beschrieben werden können. Insbesondere die Beschränkungen von Energieumwandlungen aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik sind mit dem Exergiebegriff sehr anschaulich darstellbar. Der Exergiebegriff ist für die physikalische Interpretation von Wärmeübertragungsvorgängen äußerst hilfreich.

Heinz Herwig
Filmkondensation (film condensation)

Es handelt sich um eine spezielle Art der Kondensation, also des Überganges eines Stoffes aus seiner Gasphase (Dampf) in die flüssige Phase.

Heinz Herwig
Filmkühlung (film cooling)

Es handelt sich um eine spezielle Methode zur Kühlung von Oberflächen (engl.: heat protection), bei der durch diskrete Oberflächenöffnungen ein Fluidfilm zwischen das heiße Gas der Außenströmung und die Wand eingeblasen wird. Es besteht physikalisch eine enge Verwandtschaft zur sog. TranspirationskÜhlung. Im Unterschied zu dieser Form der Oberflächen-kühlung ist die Temperatur des eingeblasenen Kühlgases bei der Filmkühlung jedoch i.a. niedriger als die Wandoberflächentemperatur T* w .

Heinz Herwig
Fouriersches Wärmeleitungsgesetz (Fourier’s law of heat conduction)

Es handelt sich um eine sehr weit verbreitete Form einer KONSTITUTIVEN Gleichung in der Wämeleitungsgleichung. Damit wird ein Zusammenhang zwischen dem Wärmestromdichtevektor und dem Temperaturfeld hergestellt.

Heinz Herwig
Fourier-Zahl Fo (Fourier number Fo)

Es handelt sich um eine dimensionslose Zeitkoordinate bei transienten (instationären) Wärmeübertragungsproblemen, die darüberhinaus auch als dimensionslose Kennzahl dieser Probleme angesehen werden kann.

Heinz Herwig
Froude-Zahl Fr (Froude number Fr)

Es handelt sich um eine dimensionslose Kennzahl im Sinne der Dimensionsanalysis, die im Zusammenhang mit der Wirkung der Schwerkraft auftritt. Damit ist sie bei thermischen Auftriebsströmungen relevant. In diesem Zusammenhang geht sie jedoch in den meisten Fällen formal in anderen Kenn-zahlen auf, tritt also nicht explizit in Erscheinung.

Heinz Herwig
Fühlbare Temperatur Tf * (wind-chill temperature)

Es handelt sich um den Versuch, den Einfluß des Windes (Windgeschwindigkeit w* auf den Wärmeübergang zwischen dem menschlichen Körper und seiner Umgebung durch eine entsprechende Temperaturangabe zu eharak-terisieren. Dies ist ein aus grundsätzlichen Überlegungen problematisches Konzept, das jedoch häufig, z.B. in Wettervorhersagen, verwendet wird.

Heinz Herwig
Graetz-Problem (Graetz problem)

Es handelt sich um die Bestimmung der, thermischen Einlaufströmung“ in Rohren und Kanälen, bei denen eine hydrodynamisch ausgebildete Strömung vorliegt.

Heinz Herwig
Grashof-Zahl Gr (Grashof number Gr)

Es handelt sich um eine dimensionslose Kennzahl im Sinne der Dimensionsanalysis. Sie tritt im Zusammenhang mit thermischen Auftriebseffekten aufgrund von Dichteunterschieden auf.

Heinz Herwig
Grenzschicht (boundary layer)

Es handelt sich um denjenigen Teil eines Strömungsgebietes, in dem intensive Impuls-, Wärme- und Stofftransportprozesse aufgrund hoher Gradienten der Geschwindigkeit, Temperatur und Konzentration stattfinden. Diese Schichten bilden sich häufig in Wandnähe oder zwischen angrenzenden Strömungs-gebieten aus. Bei konvektiven Wärmeübertragungsproblemen treten Tempe-raturgrenzschichten stets zusammen mit Strömungsgrenzschichten auf. Bei Gemischen bilden sich in der Regel zusôtzlich Konzentrationsgrenzschichten aus.

Heinz Herwig
Induktionsheizung (induction heating)

Es handelt sich um den elektromagnetischen Energietransfer an ein elektrisch leitendes Material, der in diesem zu einer Erhöhung der inneren Energie führt und sich in einer Temperaturerhöhung des Materials manifestiert. Anders als bei der elektrischen Widerstandsheizung (s. dazu das Stichwort Joulesche WÄrme) ist das Material aber nicht Teil eines geschlossenen elektrischen Kreislaufes, sondern befindet sich ohne direkten Kontakt in einer elektrischen Spule. In dem elektrisch leitenden Material wird ein magnetisches Wechselfeld aufgebaut, in welchem es lokal und momentan aufgrund von fließenden Strömen zu irreversiblen Umwandlungen von elektrischer in innere Energie kommt. Die Ursache dafür ist wie bei der Widerstandsheizung der elektrische Widerstand des Materials.

Heinz Herwig
Joulesche Wärme (Joule heating)

Es handelt sich um die Umwandlung elektrischer Energie in innere Energie in einem elektrischen Leiter. Dieser Vorgang ist ein dissipativer (irreversibler) Prozeß, dessen Ursache der elektrische Widerstand des Leiters ist.

Heinz Herwig
Kältemaschine (refrigerator)

Es handelt sich um einen wärmetechnischen Apparat, mit dem ein Kühl-raum auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur erniedrigte Temperatur gebracht und anschließend auf dieser gehalten werden kann. Sehr nahe verwandt mit der Kältemaschine ist die sog. WÄrmepumpe. AUS systema-tischen Gründen wird mit dem Begriff Kältemaschine aber ein eigener Name verwendet, obwohl beide Apparate die technische Umsetzung desselben Thermodynamischen Kreisprozesses sind.

Heinz Herwig
Kältemittel (refrigerants)

Es handelt sich um Arbeitsmittel in Kältemaschinen, wie z.B. Kaltdampf-Kompressions–Kältemaschinen (Zustandsänderungen im Naßdampfgebiet) oder Gas–Kältemaschinen (Zustandsänderungen im Gasgebiet). Ihrer Funktion entsprechend werden sie auch als Kälteträger bezeichnet.

Heinz Herwig
Kondensation (condensation)

Es handelt sich um den Übergang eines Stoffes aus der Gasphase (Dampf) in die flüssige Phase. Diese Phasenumwandlung tritt ein, wenn Abweichun-gen vom thermodynamischen Gleichgewicht vorhanden sind. Sie ist stets mit Wärme- und Stoffströmen an der Phasengrenze verbunden. Neben dem Einsatz zur Trennung und Umwandlung von Stoffen wird der Kondensations-vorgang häuflg gezielt für wärmetechnische Zwecke eingesetzt, wie z.B. bei der WÄrmepumpe oder beim WÄrmerohr.

Heinz Herwig
Kondensator (condenser)

Es handelt sich um wärmetechnische Apparate, in denen kondensierbare Dämpfe unter die Sättigungstemperatur abgekühlt werden und dabei kondensieren, d.h., vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergehen. Kondensatoren stellen eine besondere Klasse von WÄrmeÜbertragern dar.

Heinz Herwig
Konjugierter Wärmeübergang (conjugate heat transfer)

Es handelt sich um Wärmeübergangssituationen zwischen einer festen Wand und dem angrenzenden Fluid, bei denen die thermischen Randbedingungen an der Grenzfläche zwischen beiden Systemen nicht a priori festliegen.

Heinz Herwig
Konstitutive Gleichungen (constitutive equations)

Es handelt sich um die mathematische Formulierung bestimmter Aspekte des Materialverhaltens. Im Zusammenhang mit der Wärmeübertragung tritt als konstitutive Gleichung (auch Materialgleichung genannt) die Verknüpfung des Wärmestromvektors mit dem Temperaturfeld und ggf. anderen Feldgrößen auf. Konstitutive Gleichungen werden in den allgemeinen Bilanzgleichungen benötigt. Erst nach Einsetzen der Materialgleichungen können die Bilanzgleichungen herangezogen werden, um die entsprechenden Feldgrößen daraus zu bestimmen. In diesem Sinne bestehen die Wärmeleitungsgleichung und die thermische Energiegleichung aus der jeweiligen allgemeingültigen Bilanzgleichung (materialunabhängige Bilanz) und den Materialgleichungen.

Heinz Herwig
Konvektive Wärmeübertragung (convective heat transfer)

Es handelt sich um eine spezielle Form der Wärmeübertragung zwischen einer festen Wand und dem daran angrenzenden Fluid, bei dem die Fluidbewegung längs der Wand entscheidend zu dem Gesamtvorgang beiträgt.

Heinz Herwig
Kühlgrenztemperatur T* KG (adiabatic saturation temperature T* as)

Es handelt sich urn die niedrigste Temperatur an der Grenzfläche zwischen einer Flüssigkeit und einem darüber hinwegströmenden zugehörigen Gas-Dampf-Gemisch (ideales Gasgemisch mit einer kondensierenden Komponente im relevanten Druck- und Temperaturbereich) die sich einstellt, wenn die Strömung hinreichend stark ist., Zugehöriges“ Gas–Dampf–Gemisch bedeutet dabei, daß die kondensierende Komponente des Gemisches der Dampf der überströmten Flüssigkeit ist. Ein technisch wichtiges Beispiel ist feuchte Luft in Kontakt mit einer Wasseroberfläche.

Heinz Herwig
Latente Wärme (latent heat)

Es handelt sich um einen Oberbegriff für die Energien, die für den Phasenwechsel eines Stories erforderlich sind. Als spezifische Gröäßen (Energie pro Masse) sind dies die Phasenwechsel-Enthalpien ▵h* i des jeweiligen Phasenüberganges.

Heinz Herwig
Lévêque-Lösung (Lévêque solution)

Es handelt sich ähnlich wie beim Graetz-Problem um die Bestimmung des Wärmeüberganges bei laminaren Durchströmungen (z.B. Kanal- oder Rohrströmung), wenn der Wärmeübergang an einer Stelle einsetzt, an der bereits eine hydrodynamisch ausgebildete Strömung vorliegt. In diesem Sinne handelt es sich also um eine thermische Einlaufströmung. Während mit dem Graetz-Problem die gesamte Entwicklung des Temperaturprofils (und damit auch des Wärmeüberganges) von Beginn der Wärmeübertragung (bei x* = 0) bis zu groβen Lauflängen (x* → ∞) in Form einer unendlichen Reihe beschrieben wird, stellt die Lévêque-Lösung die asymptotische Lösung für x* → 0 dar.

Heinz Herwig
Mikrowellenheizung (microwave heating)

Es handelt sich um den Energietransfer von einem elektrischen Feld an ein dielektrisches (d.h., isolierendes) Material. In diesem Material erhöht sich dadurch die innere Energie, was sich durch eine entsprechende Temperaturerhöhung manifestiert. Diese wiederum führt in dem Maβe zu Wärmeströmen, wie damit die Ausbildung von Temperaturgradienten einhergeht. Die entscheidende Materialeigenschaft im Zusammenhang mit der Mikrowel-lenheizung ist die Polarisation der Moleküle. Stoffe mit nichtpolaren Molekülen (die kein Dipolmoment besitzen) sind für eine Mikrowellenheizung ungeeignet.

Heinz Herwig
Nicht-Fouriersche Wärmeleitung (non-Fourier heat conduction)

Es handelt sich um eine Form der Wärmeleitung, zu deren Beschreibung die Konstitutive Gleichung — als Materialgleichung — in Form des Fourierschen WÄrmeleitungsgesetzes in der WÄrmeleitungsgleichung nicht ausreicht, weil bestimmte EfFekte damit nicht erfaßt werden können.

Heinz Herwig
Nußelt-Zahl Nu (Nusselt number Nu)

Es handelt sich um eine dimensionslose Kennzahl im Sinne der Dimensionsanalysis. Sie wird häufig zur dimensionslosen Darstellung des Wärmeüberganges in der Form Nu = Nu(⋯) benutzt und stellt in diesem Sinne eine Zielkennzahl dar (dimensionslose Form einer gesuchten Größe, hier der Wandwärmestromdichte).

Heinz Herwig
Peclet-Zahl Pe (Peclet number Pe)

Es handelt sich um eine dimensionslose Kennzahl im Sinne der Dimensionsanalysis. Sie entsteht im Zuge der Entdimensionierung der Grundgleichungen in der thermischen Energiegleichung.

Heinz Herwig
Prandtl-Zahl Pr (Prandtl number Pr)

Es handelt sich um eine dimensionslose Kombination von Stoffwerten, die damit einerseits wiederum ein Stoffwert ist, andererseits aber audi als Kennzahl im Sinne der Dimensionsanalysis angesehen werden kann.

Heinz Herwig
Referenztemperatur (reference temperature)

Es handelt sich urn eine zunächst willkürlich wählbare konstante Temperatur T* R eines betrachteten Problems, die als Bezugstemperatur dient. Da aber mit der Einführung von T* R bestimmte physikalische Vorstellungen verbunden sind, ist die Wahl vonT* R nicht beliebig. Das Temperaturfeld wird damit nicht mehr in absoluten Temperaturen beschrieben, sondern als T* – (T* R ), also als Differenz-Temperaturfeld. Ob dies im konkreten Fall zulassig ist rauß geprüft werden.

Heinz Herwig
Referenztemperatur-Methode (reference temperature method)

Es handelt sich um eine spezielle Methode zur Erfassung des Einflusses variabler Stoffwerte auf Strömungs- und Wärmeübertragungsvorgänge. Variable Stoffwerte meint in diesem Zusammenhang die Temperaturabhängigkeit der an einem Problem beteiligten physikalischen Stoffwerte, wie Dichte und Viskosität. Solange ihr Einfluß nicht systematisch aus den Grundgleichungen abgeleitet wird, handelt es sich um eine rein empirische Methode. Eine Alternative zur Referenztemperatur-Methode ist die Stoffwert-verhÄltnis-Methode.

Heinz Herwig
Reynolds-Zahl Re (Reynolds number Re)

Es handelt sich urn eine dimensionslose Kennzahl im Sinne der Dimensionsanalysis. Als solche tritt sie formal bei der Entdimensionierung der Impulsgleichung (Kräftegleichgewicht an einem Fluidelement) auf. Wegen der Kopplung der Impulsgleichung mit der Thermischen Energiegleichung über die sog. konvektiven Terme der Energiegleichung tritt die Reynolds-Zahl indirekt auch in der thermischen Energiegleichung auf und ist deshalb bei konvektiven Wärmeübertragungsproblemen von Bedeutung (s. dazu auch das Stichwort Konvektive WÄrmeübertragung).

Heinz Herwig
Richardson-Zahl Ri (Richardson number Ri)

Es handelt sich um eine dimensionslose Kennzahl im Sinne der Dimensionsanalysis, die im Zusammenhang mit der Wirkung von Auftriebskräften auftritt. Eine besondere Bedeutung hat sie zur Kennzeichnung der Auf-triebseffekte bei turbulenten Strömungen. Für diesen Zweck werden spezielle Definitionen der Richardson-Zahl eingeführt.

Heinz Herwig
Rückgewinnfaktor r (recovery factor rc)

Es handelt sich um einen Zahlenfaktor, der den komplizierten und komplexen Effekt der Dissipation in Wandnähe charakterisiert. Er ist ursprünglich bei Gasen, die Körper mit hoher Geschwindigkeit umströmen, eingeführt worden und auch dort von Bedeutung.

Heinz Herwig
Sieden (Boiling)

Es handelt sich um den Übergang eines Stoffes aus der flüssigen Phase in die Gasphase (Dampf). Diese Phasenumwandlung tritt ein, wenn Abweichungen vom thermodynamischen Gleichgewicht zwischen beiden Phasen vorhanden sind. Sie ist stets mit Wärme- und Stoffströmen an der Phasengrenze verbunden. Neben dem Einsatz zur Dampferzeugung und Trennung von Stoffen wird der Siedevorgang häufig gezielt für wärmetechnische Zwecke eingesetzt, wie z.B. bei der WÄrmepumpe oder beim WÄrmerohr. Dieser Vorgang wird in der technischen Anwendung häufig auch als Verdampfen bezeichnet.

Heinz Herwig
Solarstrahlung (solar radiation)

Es handelt sich um die elektromagnetische (Wärme-)Strahlung, die von der Sonne ausgeht und u.a. auf die Erdatmosphäre und letztlich auf die Erdoberfläche trifft.

Heinz Herwig
Stoffwertverhältnis-Methode (property ratio method)

Es handelt sich um eine spezielle Methode zur Erfassung des Einflusses variabler Stoffwerte auf Strömungs- und Wärmeübertragungsvorgänge. Variable Stoffwerte meint in diesem Zusammenhang die Temperaturabhängigkeit der an einem Problem beteiligten physikalischen Stoffwerte, wie z.B. Dichte und Viskosität. Solange ihr Einfluß nicht systematisch aus den Grundgleichungen abgeleitet wird, handelt es sich um eine rein empirische Methode. Eine Alternative zur Stoffwertverhältnis-Methode ist die Referenztemperatur-Methode.

Heinz Herwig
Strahlung Grauer Körper (graybody approximation)

Es handelt sich um eine (grobe) Näherung des Wärmestrahlungsverhaltens realer Körper, die auf den Gesetzmäßigkeiten des Strahlungsverhaltens des (idealisierten) Schwarzen Körpers aufbaut (siehe dazu auch die Stichwörter Strahlung Schwarzer Körper und Strahlung Realer Körper).

Heinz Herwig
Strahlung realer Körper (radiation of real surfaces)

Es handelt sich hierbei um die Wärmestrahlung, die zwischen real existierenden Körpern ausgetauscht wird. Gegenüber dem idealisierten Fall des sog. Schwarzen Körpers (s. dazu das Stichwort Strahlung Schwarzer KöRper) treten bei realen Körpern eine Reihe zusätzlicher Abhängigkeiten bei den einzelnen Aspekten des Strahlungsverhaltens auf, die (wo dies möglich ist) im Vergleich zum idealisierten Standard des Schwarzen Körpers formuliert werden.

Heinz Herwig
Strahlung Schwarzer Körper (blackbody radiation)

Es handelt sich urn den theoretischen Grenzfall des Strahlungsverhaltens von Körpern, der zu Vergleichszwecken herangezogen werden kann, um damit das Strahlungsverhalten realer Körper zu charakterisieren. Das Strahlungsverhalten eines solchen Schwarzen Körpers kann analytisch beschrieben werden. Die vollständige Beschreibung gelang Max Planck im Jahre 1901 auf der Basis der Quantentheorie.

Heinz Herwig
Strahlung von Gasen (radiation by gases)

Es handelt sich um die Tatsache, daß bestimmte Gase Wärmestrahlung absorbieren und auch emittieren können. Nicht am Strahlungsaustausch beteiligt sind, abgesehen von extrem hohen Temperaturen, bei denen es zur Ionisation kommt, Gase mit symmetrischer zweiatomiger Molekülstruktur, wie H2, N2 und O2 (nichtpolare Moleküle ohne freie Ladungen) sowie einatomige Gase wie z.B. Ar und He.

Heinz Herwig
Strömungssieden (forced convection boiling)

Es handelt sich urn eine spezielle Variante des Siedevorganges, also des Überganges eines Stoffes aus seiner flüssigen Phase in die Gasphase (Dampf); siehe dazu audi das Stichwort Sieden.

Heinz Herwig
Temperaturleitfähigkeit a* (thermal diffusivity α*)

Es handelt sich urn eine Kombination von Stoffwerten, die in dieser Form in der WÄrmeleitungsgleichung auftritt und deshalb mit einem eigenen Symbol und Namen versehen worden ist.

Heinz Herwig
Temperaturmessung (temperature measurement)

Es handelt sich urn ein Konzept und die gerätetechnische Umsetzung, eine bestimmte thermometrische Eigenschaft auszunutzen, urn daraus die Zustandsgröße Temperatur experimentell zu bestimmen. Wie unter dem Stichwort Thermodynamische Temperatur ausgeführt ist, kann es sich entweder urn die direkte Messung der thermodynamischen Temperatur selbst handeln (z.B. mit dem idealen Gasthermometer), oder um die Messung einer sog. empirischen Temperatur, die über eine entsprechende Kalibrierung an die Skala der thermodynamischen Temperatur angepaßt ist.

Heinz Herwig
Thermische Einlauflänge L* th (thermal entry length L* th )

Es handelt sich dabei um die Länge des Eintrittsbereiches in einer Rohr- oder Kanalströmung (allgemeiner: Innenströmung mit konstantem Querschnitt), in dem sich das Temperaturprofil von seiner ursprünglichen Form (meist einem in Querrichtung homogenen Profil) zu einem sog. ausgebildeten Profil mit bestimmten stromabwärts unveränderlichen Eigenschaften umbildet. Da dieser Prozeß asymptotisch verläuft, also nicht an einer bestimmten diskreten Stelle abgeschlossen ist, muß die Definition einer thermischen Einlauflänge mit einem Kriterium bzgl. des Erreichens des ausgebildeten Zustandes verknüpft sein.

Heinz Herwig
Thermische Energiegleichung (thermal energy equation)

Es handelt sich urn eine partielle Differentialgleichung, mit der die thermische Energie in einem infmitesimalen Kontrollvolumen bilanziert wird. Diese Bilanz entsteht auf folgendem „Umweg“:Zunächst wird eine Bilanz bezüglich der Gesamtenergie formuliert (1. Hauptsatz der Thermodynamik). Diese stellt die Summe aus mechanischer und thermischer Energie dar. Davon wird die Bilanzgleichung für die mechanische Energie subtrahiert. Diese wiederum entsteht durch Skalarmultiplikation der (vektoriellen) Impulsgleichung mit dem Geschwindigkeitsvektor. Die dann verbleibende thermische Energiegleichung kann gleichwertig in verschiedenen Variablen formuliert werden. Neben der inneren Energie e* und der Enthalpie h* wird häufig eine Formulierung in der Temperatur T* gewählt, da diese unmittelbar zur Bestimmung des Temperaturfeldes genutzt werden kann. Mit dem Fourierschen WÄrmeleitungsgesetz als Konstitutiver Gleichung lautet sie wie folgt.

Heinz Herwig
Thermische Isolation (thermal insulation)

Es handelt sich um Maßnahmen, die den Wärmestrom über eine Systemgrenze reduzieren sollen, mit denen also versucht wird, mit technischen Mitteln in einer realen Situation so gut wie möglich den idealisierten Grenzfall einer adiabaten Systemgrenze (q.*S=0 an der Systemgrenze) zu erreichen.

Heinz Herwig
Thermischer Ausdehnungskoeffizient β* (thermal expansion coefficient β*)

Es handelt sich um einen Stoffwert, der die Abhängigkeit der Dichte von der Temperatur charakterisiert. Die genaue Bezeichnung müßte lauten „linearer isobarer thermischer Volumenausdehnungskoeffizient“, da in der Definition die Konstanz des Druckes gefordert wird und mit β* nur ein linearer Ausdehnungskoeffizient erfaßt wird.

Heinz Herwig
Thermischer Kontaktwiderstand R* K (thermal contact resistance R* c )

Es handelt sich urn einen WÄrmewiderstand, der an der Kontaktfläche zwischen zwei festen Materialien auftritt, wenn über diese Kontaktfläche hinweg eine Wärmeübertragung stattfindet.

Heinz Herwig
Thermodiffusion (thermal diffusion)

Es handelt sich um einen sog. Kopplungs- oder Kreuzeffekt in einem Mehrkomponentensystem. Dieser Effekt besteht im vorliegenden Fall aus Diffusionsströmen der Komponenten eines Gemisches aufgrund eines Temperaturgradienten.

Heinz Herwig
Thermodynamische Mitteltemperatur (thermodynamic mean temperature)

Es handelt sich um eine Mitteltemperatur, die im Zusammenhang mit technischen Wärmeübertragungen (z.B. bei thermodynamischen Kreisprozessen) definiert wird und angibt, welche mittlere Temperatur zu einer Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe bei nicht konstanter Temperatur in dem dafür vorgesehenen Bauteil gehört.

Heinz Herwig
Thermodynamischer Kreisprozeß (thermodynamic cycle)

Es handelt sich dabei urn eine Folge spezieller thermodynamischer Zustandsänderungen (Prozesse), die in verschiedenen technischen Realisierungen zu sehr unterschiedlichen Zwecken eingesetzt wird. Die prinzipiellen Eigenschaften eines solchen Kreisprozesses, abgeleitet aus dem 1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik, gelten allgemein und übergreifend.

Heinz Herwig
Thermodynamische Temperatur T* (thermodynamic temperature T*)

Es handelt sich um eine intensive Zustandsgröße eines Systems, mit der ein Zustand des thermodynamischen Gleichgewichtes zweier Systeme charakterisiert werden kann. Der im Alltag gebräuchliche Temperaturbegiff ist unmittelbar mit einem Thermometer und dessen sog. thermometrischer Eigenschaft (Volumenausdehnung, Widerstandsänderung, …) verbunden und stellt somit einen von mehreren sog. empirischen Temperaturbegriffen dar. Zwar sind diese verschiedenen empirischen Temperaturen bezüglich ihrer Skalen so aneinander angepaßt, daß sie wie „eine Temperatur“ wirken, sie stellen aber alle keine Gröβen dar, die unabhängig von der betrachteten Situation aus allgemeinen thermodynamischen Eigenschaften abgeleitet sind.

Heinz Herwig
Thermoelement (thermocouple)

Es handelt sich um eine spezielle Anordnung zur Temper at urmessung, die auf der Wirkung bestimmter thermoelektrischer Effekte in Metallen beruht. Diese kommen zustande, weil es eine Wechselwirkung zwischen elektrischen Feldern (charakterisiert durch das elektrische Potential) und thermischen Feldern (charakterisiert durch die Temperatur) gibt, bei der eine Reihe sog. Kreuzeffekte auftreten. Zum Beispiel flieβt in einem geschlossenen Stromkreis aus verschiedenen Metallen ein elektrischer Strom, wenn die beiden Kontaktstellen unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Wird dieser Stromkreis an einer der beiden Kontaktstellen unterbrochen, so liegt dort dann eine Spannung an (Seebeck-Effekt), die zur Temperaturmessung genutzt werden kann.

Heinz Herwig
Transpirationskühlung (transpiration cooling)

Es handelt sich um eine spezielle Methode zur Kühlung von Oberflächen (engl.: heat protection), bei der ein Kühlfluid durch eine poröse Wandstruktur an die Oberfläche gelangt. Es besteht physikalisch eine enge Verwandtschaft zur sog. Filmkühlung. Im Unterschied zu dieser Form der Oberflächenkühlung ist die Temperatur des Kühlfluides an der Oberfläche bei der Transpirationskühlung aber stets gleich der Wandoberflächentemperatur T* W .

Heinz Herwig
Treibhauseffekt (green house effect)

Es handelt sich im ursprünglichen Sinne des Wortes um das thermische Verhalten eines im wesentlichen aus Glaswänden bestehenden umbauten Raumes zur gärtnerischen Nutzung (Treibhaus). In einem erweiterten und übertragenen Sinne wird das thermische Verhalten der Erde bezüglich bestimmter Aspekte ebenfalls durch den Begriff des Treibhauseffektes charakterisiert, da ähnliche physikalische Vorgänge vorliegen.

Heinz Herwig
Tropfenkondensation (dropwise condensation)

Es handelt sich um eine spezielle Art der Kondensation, also des Überganges eines Stoffes aus der Gasphase (Dampf) in die flüssige Phase.

Heinz Herwig
Turbulente Prandtl-Zahl Prt (turbulent Prandtl number Prt)

Es handelt sich urn eine Strömungsgröße (keine Stoffgröße), die in Analogie zur molekularen Prandtl-Zahl (einer Stoffgröße) eingeführt worden ist. Sie ist keine dimensionslose Kennzahl im Sinne der Dimensionsanalysis.

Heinz Herwig
Variable Stoffwerte (variable properties)

Es handelt sich um die Temperatur- und Druckabhängigkeit physikalischer Stoffwerte wie z.B. der Dichte oder der Viskosität. Bei der Berechnung von Impuls-, Wärme- und Stoffübertragungsproblemen werden diese Stoffwerte häufig als konstant angenommen, obwohl sie in der Realität eine mehr oder weniger starke Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck aufweisen.

Heinz Herwig
Verbesserung des Wärmeüberganges (heat transfer enhancement)

Es handelt sich um einen Oberbegriff für alle Maßnahmen zur Erhöhung des Wärmeüberganges bei konvektiver Wärmeübertragung, die über die einfache Erhöhung der Geschwindigkeit bzw. des Massenstromes hinausgehen. Da sich die Verbesserungen nicht auf einen einheitlichen und verbindlich gültigen Ausgangsfall beziehen, ist in einer konkreten Situation für die Beurteilung einer Maßnahme der Bezugsfall wichtig.

Heinz Herwig
Verdampfer (heat exchanger with vapor generation)

Es handelt sich urn wärmetechnische Apparatekomponenten, Apparate oder Anlagen, in denen eine Phasenumwandlung von der flüssigen in die Gasphase erfolgt. Die Einsatzgebiete reichen von unterschiedlichen verfahrenstechnischen Anwendungen (wie z.B. der Destination und Rektifikation) über den Einsatz in Kältemaschinen und Wärmepumpen bis zur Dampferzeugung als Prozeßwärme oder als Teil des Wärmekraftprozesses auf der Basis einer Dampfkraftanlage. Verdampfer stellen eine besondere Klasse von WÄrmeÜbertragern dar.

Heinz Herwig
Wärme (heat)

Es handelt sich um eine Form des Energietransportes über eine Systemgrenze, in diesem Sinne also urn eine Energie. Für die korrekte Verwendung dieses Begriffes ist der Transportcharakter von entscheidender Bedeutung.

Heinz Herwig
Wärmedurchgangskoeffizient k* (overall heat transfer coefficient U*)

Es handelt sich urn einen empirischen Ansatz zur Beschreibung des Wärmedurchganges durch ein- oder mehrschichtige Wände unter Berücksichtigung der Wärmewiderstände in den Wandgrenzschichten. Dabei wird unterstellt, daß die Wärmestromdichte durch die Wand direkt proportional zur Temperaturdifferenz zwischen den Fluiden zu beiden Seiten der Wand (in hinreichendem Abstand zu ihnen) ist.

Heinz Herwig
Wärmekapazität (heat capacity)

Es handelt sich urn eine extensive Zustandsgröße, die in ihrer spezifischen, d.h. massenbezogenen Form, angibt, wie groß die Energiespeicherfähigkeit eines Fluides oder eines Festkörpers pro Masseneinheit ist. Im allgemeinen Fall kann die Energie dabei in Form einer erhöhten inneren Energie oder in Form einer am System verrichteten Volumenänderungsarbeit gespeichert werden. Ob beide Formen maßgeblich sind, hängt von der Fähigkeit des Systems ab, mit der Umgebung Volumenänderungsarbeit auszutauschen. Grundsätzlich sind dazu nur Systeme in der Lage, deren spezifisches Volumen veränderlich ist, d.h., für die Stoffe im System muß gelten υ* ≠const. Für einen Reinstoff bedeutet dies υ* = υ*(T*, p*) ≠ const.

Heinz Herwig
Wärmekraftprozesse (heat engine processes)

Es handelt sich um den Oberbegriff für alle thermodynamischen Prozesse, die der Gewinnung mechanischer Arbeit aus thermischer Energie dienen. Wichtige und typische Prozesse sind der Dampfkraft- und der Gasturbinenprozeß, die technisch in entsprechenden Dampfkraft- bzw. Gasturbinenanlagen ver-wirklicht werden.

Heinz Herwig
Wärmeleitfahigkeit λ* (thermal conductivity λ*)

Es handelt sich im Sinne eines Proportionalitätsfaktors im Fourierschen WÄRmeleitungsgesetz urn einen empirischen Transportkoeffizienten für den Energietransport durch Wärmeleitung. Die Wärmeleitfähigkeit ist ein Stoffwert, der im allgemeinen vom Druck und von der Temperatur abhängt.

Heinz Herwig
Wärmeleitung (heat conduction)

Es handelt sich um einen Energietransport-Prozeß, der durch atomare und/ oder molekulare Aktivität in Gasen, Flüssigkeiten oder Festkörpern hervorgerufen wird und in Richtung auf einen lokalen Gleichgewichtszustand hin abläuft.

Heinz Herwig
Wäarmeleitungsgleichung (heat diffusion equation)

Es handelt sich um eine partielle Differentialgleichung, die den physikalischen Vorgang der WÄrmeleitung mathematisch beschreibt. Sie entstent aus einer Energiebilanz über einem Kontrollvolumen V (Änderung der inneren Energie V ≙ in Wärmestrom über die Grenzen von V).

Heinz Herwig
Wärmepumpe (heat pump)

Es handelt sich urn einen wärmetechnischen Apparat, der vorzugsweise für die Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung sowie für bestimmte industrielle Prozesse eingesetzt wird. Er ist besonders unter ökologischen Gesichtspunkten (Primärenergieeinsparung) interessant. Sehr nahe verwandt mit der Wärmepumpe ist die sog. KÄltemaschine, die aus systematischen Gründen aber eine eigene Bezeichnung erhält, obwohl beide Apparate die technische Umsetzung desselben Thermodynamischen Kreisprozesses sind.

Heinz Herwig
Wärmerohr (heat pipe)

Es handelt sich urn ein Wärneübertragungselement, das wesentliches Bauteil eines Wärmeübertragers sein kann und aufgrund seiner Funktionsweise erheblich größere Wärmestromdichten aufweist als andere Übertragungselemente bei gleicher treibender Temperaturdifferenz.

Heinz Herwig
Wärmespeicherung (heat storage)

Es handelt sich um die Speicherung innerer (thermischer) Energie in entsprechenden Apparaten. Diese sind häufig in Energieversorgungssysterne integriert und dienen dazu, einen Ausgleich zwischen unterschiedlichen Leistungsverläufen der Energieerzeugung und des Energieverbrauches herzustellen.

Heinz Herwig
Wärmestrahlung (thermal radiation)

Es handelt sich um einen Energietransport in Form von Wärme, der durch elektromagnetische Wellen erfolgt. Im Gegensatz zur Wärmeleitung und der konvektiven Wärmeübertragung ist dafür kein Trägermedium erforderlich. Bei den Überlegungen zum Energietransport durch Wärmestrahlung geht man zunächst von einem Vakuum zwischen Strahlung austauschenden Körpern aus und berücksichtigt zusätzlich, falls erforderlich, den Einfluß von Zwischenmedien.

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Wärmestrommessung (heat flux measurement)

Es handelt sich um ein Konzept und die gerätetechnische Umsetzung, um den Wärmestrom an einer Wand oder in einem (meist strömenden) Fluid zu messen. In der Regel gelingt es, diese Aufgabe auf eine bzw. mehrere Temperaturmessungen zurückzuführen.

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Wärmeübergangskoeffizient α* (heat transfer coefficient h*)

Es handelt sich um einen empirischen Ansatz zur Beschreibung des Wärmeüberganges über Grenzflächen in eine fluide Phase hinein oder aus dieser heraus (Wärmeübergangsbeziehung). Dabei wird unterstellt, daß die Wärmestromdichte an der Grenzfläche (meist einer festen Wand) direkt proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Grenzfläche und dem Fluid hinreichend weit entfernt von der Wand ist. Als Proportionalitätsfaktor in der Wärmeübergangsbeziehung wird α* eingeführt.

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Wärmeübertrager (heat exchanger)

Es handelt sich um eine Klasse von wärmetechnischen Apparaten unterschiedlicher Bauart und Wirkungsweise, die alle das Ziel haben, einen bestimmten Wärmestrom von einem auf ein anderes Fluid zu übertragen. Zu speziellen Anwendungen s. auch die Stichwörter Kondensator und Verdampfer.

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Wärmeübertragung (heat transfer)

Es handelt sich um einen Begriff, der in zwei unterschiedlichen Bedeutungen verwendet wird. Zum einen beschreibt er den physikalischen Vorgang der Wärmeübertragung und zum anderen das Wissenschaftsgebiet, das sich mit den Gesetzmäßkeiten der Wärmeübertragung befaßt. Die nachfolgende Definition bezieht sich auf den ersten Aspekt, also den physikalischen Vorgang. Wärmeübertragung als Wissenschaftsgebiet ist die Grundlage für das gesamte Buch „ Wärmeübertragung von A-Z“.

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Wärmewiderstand R* th (thermal resistance R* th )

Es handelt sich um eine Größe zur Kennzeichnung des Wärmeübergangs-verhaltens an Wänden oder durch diese hindurch, die in Anlehnung an den elektrischen Widerstand definiert wird. Dabei entspricht der Wärmestrom dem elektrischen Strom und die treibende Temperaturdifferenz der elektrischen Potentialdifferenz (=elektrische Spannung).

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Zwischenüberhitzung (reheat)

Es handelt sich um eine Maßnahme zur Steigerung des Wirkungsgrades bei Wärmekraftanlagen, die im Naßdampfgebiet des Arbeitsfluides (in der Regel Wasser) arbeiten und deshalb als Dampfkraftanlagen bezeichnet werden, s. dazu auch das Stichwort WÄrmekraftprozesse. Neueste Entwicklungen sehen eine Zwischenüberhitzung auch bei Gasturbinenanlagen vor.

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Backmatter
Metadaten
Titel
Wärmeübertragung A-Z
verfasst von
Dr. Ing. Heinz Herwig
Copyright-Jahr
2000
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-642-56940-1
Print ISBN
978-3-642-63106-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-56940-1