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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch vermittelt das grundsätzliche Verständnis für die physikalischen Vorgänge im Zusammenhang mit der Wärmeübertragungssituationen. Mittlerweile helfen 24 illustrierende Beispiele zum besseren Verständnis und beschreiben oftmals unerwartete interessante Alltagseffekte. Anhand von Übungsaufgaben mit ausführlichen Musterlösungen kann der Lehrstoff verstanden werden. Hier wird das SMART-Konzept eingesetzt, das hilft, Aufgaben mit einer sehr systematischen Vorgehensweise sicher zu lösen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einführung

Frontmatter

Kapitel 1. Einführende Beispiele

Zusammenfassung
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 welcheWeise 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

Kapitel 2. Begriffs- und Zielbestimmung

Zusammenfassung
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

Kapitel 3. Allgemeine Betrachtungen zum Wärmeübergang an Systemgrenzen

Zusammenfassung
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

Kapitel 4. Dimensionsanalytische Überlegungen

Zusammenfassung
Um weitgehend allgemeingültige Lösungen wärmetechnischer Fragestellungen angeben zu können, ist es unerlässlich, die Probleme möglichst frühzeitig in dimensionsloser Darstellung zu formulieren. In diesem Kapitel soll beschrieben werden, wie dabei methodisch vorzugehen ist.
Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Leitungsbasierter Wärmeübergang

Frontmatter

Kapitel 5. Wärmeleitung

Zusammenfassung
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 einWärmestrom in Richtung abnehmender Temperatur auftritt.
Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Kapitel 6. Konvektiver Wärmeübergang

Zusammenfassung
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

Kapitel 7. Zweiphasen-Wärmeübergang

Zusammenfassung
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

Kapitel 8. Leitungsbasierte Wärmeübertragungssituationen im Vergleich, thermisch aktive Schicht

Zusammenfassung
In den Kapiteln 5 bis 7 sind die drei leitungsbasierten Wärmeübertragungssituationen – reine Wärmeleitung, konvektiverWärmeübergang und Zweiphasen-Wärmeübergang – ausführlich behandelt worden. Im Rückblick ist erkennbar, dass es einen entscheidenden Unterschied zwischen der reinen Wärmeleitung in einem System und allen anderen leitungsbasierten Situationen gibt: Während bei reiner Wärmeleitung prinzipiell das gesamte System von der Energieübertragung beeinflusst wird, ist dieser Einfluss bei allen anderen Situationen auf eine Schicht längs der Systemgrenze begrenzt.
Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Strahlungsbasierter Wärmeübergang

Frontmatter

Kapitel 9. Wärmeübergang durch Strahlung

Zusammenfassung
Der physikalischeMechanismus eines strahlungsbasiertenWärmeüberganges 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 3.1). 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

Wärmeübertragung aus thermodynamischer Sicht

Frontmatter

Kapitel 10. Thermodynamische Grundlagen

Zusammenfassung
Im Folgenden wird ausführlich erläutert, dass ein enger Zusammenhang zwischen den Größen „Wärme“ und „Entropie“ besteht. Dies ist durchaus unüblich, wie ein Blick auf zwei umfangreiche Standard-Werke zurWärmeübertragung zeigt, und zwar.
Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Kapitel 11. Die Rolle der Entropie bei der Wärmeübertragung

Zusammenfassung
Eine der fundamentalen Beziehungen in sicherlich jedem Fachbuch zur Thermodynamik ist die Gleichung.
Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Anwendungsaspekte

Frontmatter

Kapitel 12. Wärmetechnische Apparate

Zusammenfassung
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

Kapitel 13. Messung von Temperaturen und Wärmeströmen

Zusammenfassung
Im Fachgebiet derWärmeübertragung werden die beiden folgenden zentralen Fragen behandelt.
Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Kapitel 14. Beispiele, Fragen und Antworten

Zusammenfassung
Leserinnen und Leser, die systematisch und ohne Kapitel zu überschlagen bis hierhin vorgedrungen sind, sollten einiges über die verschiedenen Situationen derWärmeübertragung 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

Aufgabenteil

Frontmatter

Kapitel 15. Das SMART-Konzept

Zusammenfassung
Die Analyse und das Verständnis von Wärmeübertragungs-Problemen sind die Voraussetzungen, um wärmetechnische Komponenten und Anlagen zu entwerfen, zu bauen und anschließend erfolgreich zu betreiben. Dies umfasst viele Einzelaspekte, die als solche den Umfang von Aufgaben haben können, mit denen auf den Einsatz im späteren Berufsleben vorbereitet werden soll.
Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Kapitel 16. Ausgewählte Übungsaufgaben zu einzelnen Kapiteln

Zusammenfassung
In diesem Abschnitt wird zu den Buchkapiteln 4, 5, 6, 7, 9 und 12 zunächst für jeweils eine typische Aufgabe die ausführliche Lösung nach dem zuvor beschriebenen SMART-EVE-Konzept vorgestellt.
Heinz Herwig, Andreas Moschallski

Backmatter

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