Wärmeübertragung: Wärmeleitung

In diesem Online-Kurs wird die Wärmeleitung durch einen Feststoff sowie der konvektive Wärmeübergang behandelt. Nach Abschluss des Online-Kurses werden Sie die wichtigen klausurrelevanten Themen der Wärmeleitung beherrschen und können ruhigen Gewissens in die Prüfung gehen.

Themen:

Zu Beginn des Kurses wird die Wärmeleitung durch einen Feststoff betrachtet. Dabei wird der Wärmestrom durch eine ebene Wand, durch eine Hohlzylinderwand und durch eine Hohlkugelwand betrachtet. Es wird außerdem die Wärmedurchgangszahl, die Wärmeübergangszahl sowie die Wärmewiederstände aufgezeigt. Nach Abschluss dieses Kapitels wird es Ihnen möglich sein, den Wärmestrom durch diese Wände zu bestimmen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Bestimmung des Wärmestroms durch einen Stab bzw. eine Rippe bei zusätzlicher Wärmeabgabe an der Oberfläche.

Die folgenden beiden Kapitel beschäftigen sich mit dem konvektiven Wärmeübergang. Bei dem konvektiven Wärmeübergang handelt es sich um den Wärmeübergang von einer Wand auf ein strömendes Fluid bzw. umgekehrt. Es wird zunächst die erzwungene Konvektion behandelt. Bei dieser wird die Strömung von außen herbeigeführt z.B. durch Pumpen oder Gebläse. Diese erzeugen Druckdifferenzen innerhalb des Fluids und führen dazu, dass das Fluid strömt. Für die erzwungene Konvektion muss bei der Berechnung des Wärmestroms von Wand auf Fluid (oder umgekehrt) die Wärmeübergangszahl bekannt sein. Diese ist abhängig von einer Vielzahl von Faktoren. Zu diesen Faktoren zählen die Strömungsgeschwindigkeit und die Art der Strömung (turbulent oder laminar), der Geometrie der betrachteten Wand sowie der Richtung des Wärmestroms (Heizen oder Kühlen des Fluids). Um die Wärmeübergangszahl bestimmen zu können werden verschiedene dimensionslose Kennzahlen wie die Reynolds-Zahl, die Prandtl-Zahl und die Nußelt-Zahl herangezogen. Letzteres wird auch als dimensionslose Wärmeübergangszahl bezeichnet. Ist die Nußelt-Zahl bekannt, so kann daraus die Wärmeübergangszahl und damit der Wärmestrom bestimmt werden. Nach Abschluss dieses Kapitels werden Sie die Wärmeübergangszahl und damit den Wärmestrom turbulenter und laminarer Strömungen für unterschiedliche Geometrien bestimmen können.

Das folgende Kapitel behandelt die freie Konvektion. Bei der freien Konvektion handelt es sich um keine von außen herbeigeführte Strömung, sondern eine Strömung die sich in einem ruhenden Fluid aufgrund von Temperaturunterschiede im Fluid ergeben. Wird also ein Fluid mit einer beheizten Wand in Kontakt gebracht, so ergeben sich innerhalb des Fluids Temperaturunterschiede, welche zu Dichteunterschieden in den Fluidschichten führen. Fluidschichten in der Nähe der beheizten Wand erwärmen sich und weisen damit eine geringere Dichte auf, als wandferne Fluidschichten und steigen auf. Damit wird eine Strömung erzeugt. Ziel des Kapitels ist die Bestimmung der Wärmeübergangszahl zur Berechnung des Wärmestroms von der Wand auf das Fluid bzw. umgekehrt. Auch hier wird die dimensionslose Nußelt-Zahl herangezogen, welche abhängig von der Prandtl-Zahl, der Grashof-Zahl sowie der Geometrie der Wand ist.

Nach Abschluss diese Kurses werden Sie gut vorbereitet sein und können beruhigt in die Klausur gehen.