Praxis der Wärmeübertragung

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

Formelzeichen und Abkürzungen

1 Grundlagen der Wärmeübertragung

1.1 Praktische Bedeutung

1.2 Wärme und Wärmestrom

1.3 Temperatur und Temperaturfelder

1.4 Wärmetransportmechanismen

1.4.1 Arten des Wärmetransports

1.4.2 Wärmeleitung

1.4.3 Konvektion

1.4.4 Wärmestrahlung

1.5 Fourier’sche Wärmeleitungsgleichung

1.5.1 Mehrdimensionale instationäre Wärmeleitung mit inneren Wärmequellen

1.5.2 Koordinatenunabhängige Schreibweise

1.5.3 Eindimensionale instationäre Wärmeleitung

1.5.4 Stationäre Wärmeleitung mit Wärmequellen

1.5.5 Stationäre Wärmeleitung ohne Wärmequellen

1.6 Anfangsund Randbedingungen

1.6.1 Anfangsbedingungen

1.6.2 Randbedingungen

1.6.3 Koppelbedingungen

1.7 Elektrische Analogie

1.7.1 Thermische Widerstände und Leitwerte

1.7.2 Spezifische thermische Widerstände und Leitwerte

1.7.3 Wärmedurchgangskoeffizient und Wärmedurchgangswiderstand

1.7.4 Reihenschaltung thermischer Widerstände

1.7.5 Parallelschaltung thermischer Widerstände

1.7.6 Thermischer Kontaktwiderstand

1.8 Beispiele

1.9 Aufgaben zum Selbststudium

2 Massen- und Energiebilanzen

2.1 Grundlagen

2.1.1 System

2.1.2 Kontinuitätsgleichung

2.1.3 Erster Hauptsatz der Thermodynamik

2.1.4 Hinweise zur Aufstellung von Energiebilanzen

2.1.5 Innere Energie und Enthalpie

2.2 Beispiele

2.3 Aufgaben zum Selbststudium

3 Stationäre Wärmeleitung

3.1 Grundlagen

3.1.1 PécletGleichungen für mehrschichtige Bauteile

3.1.2 Mehrschichtige ebene Platte

3.1.3 Zylinderschalen

3.1.4 Kugelschalen

3.1.5 Oberflächenund Schichttemperaturen

3.1.6 Stationäre eindimensionale Wärmeleitung mit inneren Wärmequellen

3.1.7 Ebene Platte mit Wärmequellen

3.1.8 Vollzylinder und Zylinderschale mit Wärmequellen

3.1.9 Vollkugel und Kugelschale mit Wärmequellen

3.1.10 Stationäre zweidimensionale Wärmeleitung ohne innere Wärmequellen

3.2 Beispiele

3.3 Aufgaben zum Selbststudium

4 Rippen und Nadeln

4.1 Grundlagen

4.1.1 Kenngrößen von Rippen

4.1.2 Universelle Rippendifferenzialgleichung

4.1.3 Rechteckrippen

4.1.4 Zylindrische Nadeln

4.1.5 Kreisringrippen

4.1.6 Weitere Formen von Rippen und Nadeln

4.1.7 Optimale Rippen

4.2 Beispiele

4.3 Aufgaben zum Selbststudium

5 Instationäre Wärmeleitung

5.1 Grundlagen

5.1.1 Dimensionslose Kennzahlen

5.1.2 Dimensionslose Grundgleichung

5.1.3 Dimensionslose Anfangsund Randbedingungen

5.1.4 Modelle der instationären Wärmeleitung

5.1.5 Ideal gerührter Behälter

5.1.6 Halbunendlicher Körper

5.1.7 Exakte Lösung für Platte, Zylinder und Kugel

5.1.8 Näherungslösung für große Zeiten

5.1.9 Kurzzeitnäherung des erweiterten ideal gerührten Behälters

5.1.10 Produktansatz bei mehrdimensionaler Wärmeleitung

5.2 Beispiele

5.3 Aufgaben zum Selbststudium

6 Konvektion

6.1 Grundlagen

6.1.1 Arten von Konvektion

6.1.2 Ähnlichkeitstheorie und dimensionslose Kennzahlen

6.1.3 Längs angeströmte ebene Platte

6.1.5 Quer angeströmte Profile

6.1.6 Umströmte Kugel

6.1.7 Einlaufproblematik bei der Rohrund Kanalströmung

6.1.8 Vollständig ausgebildete Laminarströmung

6.1.9 Thermischer Einlauf bei laminarer Strömung

6.1.10 Hydrodynamischer und thermischer Einlauf bei laminarer Strömung

6.1.11 Vollständig ausgebildete turbulente Rohrströmung

6.1.12 Ausgebildete Rohrströmung im Übergangsbereich

6.1.13 Nichtkreisförmige Querschnitte

6.1.14 Fluidtemperaturänderung in Strömungsrichtung

6.1.15 Freie Konvektion

6.1.16 Vertikale ebene Platte

6.1.17 Vertikaler Zylinder

6.1.18 Geneigte ebene Platte

6.1.19 Horizontale ebene Platten

6.1.20 Horizontaler Zylinder

6.1.21 Kugel

6.1.22 Freie Konvektion in geschlossenen Fluidschichten

6.1.23 Horizontale ebene Schichten

6.1.24 Geneigte ebene Schichten

6.1.25 Vertikale ebene Schichten

6.1.26 Freie Konvektion in offenen Fluidschichten

6.1.27 Senkrechte Kanäle

6.1.28 Geneigte Kanäle

6.1.29 Parallele vertikale Platten

6.1.30 Mischkonvektion an umströmten Körpern

6.2 Beispiele

6.3 Aufgaben zum Selbststudium

7 Wärmeübertrager

7.1 Grundlagen

7.1.1 Begriffe und Nomenklatur

7.1.2 Bauformen von Wärmeübertragern

7.1.3 Einseitig konstante Fluidtemperatur

7.1.4 Dimensionslose Kennzahlen

7.1.5 WärmeübertragerHauptgleichung

7.1.6 GleichstromWärmeübertrager

7.1.7 GegenstromWärmeübertrager

7.1.8 KreuzstromWärmeübertrager

7.1.9 Wärmewirkungsgrade von Wärmeübertragern

7.1.10 Korrekturfaktor

7.1.11 Wärmeübertrager mit Phasenübergang

7.1.12 Ablagerungen (Fouling)

7.2 Beispiele

7.3 Aufgaben zum Selbststudium

8 Wärmestrahlung

8.1 Grundlagen

8.1.1 Wellenlängenbereiche der Strahlung

8.1.2 Modell des schwarzen Körpers

8.1.3 Strahlungsfunktion des schwarzen Körpers

8.1.4 Strahlungsintensität und emittierte Strahlung

8.1.5 Auftreffende Strahlung

8.1.6 Helligkeit

8.1.7 Spektrale Kenngrößen

8.1.8 Emissionsgrad

8.1.9 Absorption, Reflexion und Transmission

8.1.10 Graue und selektive Strahler

8.1.11 Kirchhoff’sches Gesetz

8.1.12 Helligkeit grauer opaker Oberflächen

8.1.13 Oberflächenwiderstand für Strahlung

8.1.14 Raumwiderstand zwischen zwei strahlenden Oberflächen

8.1.15 Helligkeitsverfahren für Wärmestrahlungsprobleme

8.1.16 Wärmestrahlung zwischen zwei Oberflächen

8.1.17 Wärmestrahlung zwischen drei Oberflächen

8.1.18 Wärmeübergangskoeffizient für Strahlung

8.1.19 Strahlungsaustauschkoeffizient

8.1.20 Einstrahlzahlen

8.1.21 Einstrahlzahlen zwischen zwei Flächen

8.1.22 Einstrahlzahlen einer Fläche zu sich selbst

8.1.23 EinstrahlzahlenAlgebra

8.1.24 Methode der gekreuzten Fäden

8.1.25 Einstrahlzahlen einfacher Konfigurationen

8.1.26 Strahlungsschutzschirme

8.2 Beispiele

8.3 Aufgaben zum Selbststudium

9 Aufgaben aus verschiedenen Themengebieten

10 Anhang

10.1 Gauß’sche Fehlerfunktion

10.2 BesselFunktionen

10.2.1 BesselFunktionen 1. Art

10.2.2 Modifizierte BesselFunktionen 1. und 2. Art

10.2.3 Zahlentafeln der BesselFunktionen

10.3 Näherungslösung der eindimensionalen instationären Wärmeleitung

10.4 Stoffwerte

10.5 Lösungen der Aufgaben

Literatur

Index

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