Grundlagen der Wärmeübertragung11

Grundlagen der WärmeübertragungGrundlagen der Wärme- und Stoffübertragung

apl. Prof. Dr.-Ing. Klaus Spindler

Dipl.-Ing. Alexander Frank

Institut für Thermodynamik und WärmetechnikUniversität Stuttgart, Pfaffenwaldring 6

SprechstundenKS - Dienstag und Donnerstag 13:30-15:00 UhrAF - Dienstag 14:00 – 15:00 Uhr

Vorlesungsunterlagenhttp://www.itw.uni-stuttgart.de

Grundlagen der Wärmeübertragung22

Lage des Instituts Pfaffenwaldring 6, 2.OG und Pfaffenwaldring 10

Grundlagen der Wärmeübertragung33

Technische Thermodynamik 1 & 2

Grundlagen der Wärmeübertragung Grundlagen der Wärme- und Stoffübertragung

Berechnung von Wärmeübertragern Konstruktion von WärmeübertragernThermophysikalische Stoffeigenschaften

Grundlagen der Wärmeübertragung44

Rationelle Wärmeversorgung Wärmepumpen Optimale EnergiewandlungSolarthermie Solarthermische Kraftwerke Kältetechnik – Grundlagen u. industrielle Anwendung Thermische Energiespeicher

Brennstoffzellentechnik I & IIElektrochemische Energiespeicherung in BatterienLithiumbatterien – Theorie und Praxis

Grundlagen der Wärmeübertragung55

Die Teilnehmer kennen die Grundlagen zu den Wärmetransportmechanismen Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung, Verdampfung und Kondensation.

Sie haben die Fähigkeit zur Lösung von Fragestellungen der Wärmeübertragung in technischen Bereichen.

Sie beherrschen methodisches Vorgehen durch Skizze, Bilanz, Kinetik.

Sie können verschiedene Lösungsansätze auf Wärmetransportvorgänge anwenden.

Lernziele aus Modulhandbuch

Grundlagen der Wärmeübertragung

Grundlagen der Wärmeübertragung66

• stationäre Wärmeleitung, • geschichtete ebene Wand, • Kontaktwiderstand, • Zylindrische Hohlkörper, • Rechteckstäbe, Rippen, Rippenleistungsgrad,• stationäres Temperaturfeld mit Wärmequelle bzw.- senke, • mehrdimensionale stationäre Temperaturfelder, • Formkoeffizienten und Formfaktoren, • Instationäre Temperaturfelder, Temperaturverteilung in unendlicher Platte•Temperaturausgleich im halbunendlichen Körper, • erzwungene Konvektion, • laminare und turbulente Rohr- und Plattenströmung, umströmte Körper, • Freie Konvektion, • dimensionslose Kennzahlen,

Inhalt aus Modulhandbuch (Auszug)

Grundlagen der Wärmeübertragung77

• Wärmeübergang bei Phasenänderung,• laminare und turbulente Filmkondensation, • Tropfenkondensation, • Sieden in freier und erzwungener Strömung, • Blasensieden, • Filmsieden, • Strahlung, • Kirchhoff´sches Gesetz, • Plank´sches Gesetz, • Lambert´sches Gesetz, • Strahlungsaustausch zwischen parallelen Platten,

umschliessenden Flächen und bei beliebiger Flächenanordnung, • Gesamt-Wärmedurchgangskoeffizient, • Wärmeübertrager,

Inhalt aus Modulhandbuch (Auszug)

Grundlagen der Wärmeübertragung88

WWWAlle wichtigen Informationen werden über die Internetseite des Instituts veröffentlicht (regelmäßige Sichtung der Seiten wird dringend empfohlen).

Adresse: http://www.itw.uni-stuttgart.de/.

Grundlagen der Wärmeübertragung99

VorlesungDie Vorlesungen finden

Freitag 11:30 bis 13:00 Uhr im Hörsaal V 38.04 statt.

ÜbungenDie Vorlesung wird durch Vortragsübungen ergänzt,

die unmittelbar auf den Vorlesungsstoff abgestimmt sind.

Die Übungen finden

Donnerstag 15:45 bis 17:15 Uhr im Hörsaal V 7.03 statt.

Es wird rechtzeitig bekannt gegeben, welche Aufgaben vorgerechnet werden.

Grundlagen der Wärmeübertragung10Unterlagen zur Vorlesung

Vorlesungspräsentationen sind auf der ITW Homepage zum Herunterladen

Kap 1: Grundlagen

Kap 2: Wärmeleitung

Kap 3: Erzwungene Konvektion

Kap 4: Freie Konvektion

Kap 5: Kondensation

Kap 6: Sieden

Kap 7: Wärmestrahlung

Kap 8: Wärmeübertrager

Umdruck

Stoffwertesammlung

Übungsaufgaben

Grundlagen der Wärmeübertragung11

•Kurztest 1: stat_WD Lösung Kurztest 1

•Kurztest 2: instat_WL Lösung Kurztest 2

•Kurztest 3: erzw_Konv Lösung Kurztest 3

•Kurztest 4: freie_Konv Lösung Kurztest 4

•Kurztest 5: WÜ_mit_Phasenänd Lösung Kurztest 5

•Kurztest 6: Wärmestrahlung Lösung Kurztest 6

•Kurztest 7: Wärmeübertrager Lösung Kurztest 7

Zusätzlich zu Übungen auf der ITW-Homepage

Grundlagen der Wärmeübertragung1212

Prüfungsvorleistungen

Es sind keine Prüfungsvorleistungen erforderlich

Keine Zulassungsklausuren

Es wird aber empfohlen zur Prüfungsvorbereitung die alten Prüfungsaufgaben (siehe ITW-Homepage)durchzurechnen.

Prüfung: 2 h schriftlich, alle Hilfsmittel, keine Laptop

Grundlagen der Wärmeübertragung13

Prüfung mit Lösung

Prüfung mit Lösung

Prüfung, F 11 und H 11

Prüfung, F 12 und H 12

Prüfung, F 10 und H 10

Prüfung mit Lösung

Prüfung mit Lösung

Alte Prüfungen: Prüfung, F 13 und H 13

Prüfung mit LösungPrüfung, F 14 und H 17

Prüfung mit LösungPrüfung, F 15 und H 15

Prüfung, F 16 und H 16 Prüfung mit Lösung

Prüfung, F 17 und H 17 Prüfung mit Lösung

Grundlagen der Wärmeübertragung14

[1] Baehr, H.D./Stephan, K. (Springerlink) Wärme- und Stoffübertragung, 9. Aufl. Springer Verlag 2016 [2] Baehr, H.D./Stephan, K. Heat and Mass Transfer, 3 rd edition Springer Verlag 2011 [3] Böckh, P.v./ Wetzel, T. (Springerlink) Wärmeübertragung, 7. Aufl. Springer Verlag, 2017 [4] Herwig H. (Springerlink) Wärmeübertragung Springer Verlag, 2017 [5] Bergman, T.L./ Lavine, A.S. /Incropera, F.P./ DeWitt, D.P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer 7th Edition, John Wiley & Sons, New York, 2011 [6] Marek, R./ Nitsche, K. Praxis der Wärmeübertragung Carl Hanser Verlag München, 2007 [7] Merker, G.P./ Eiglmeier, C. Fluid- und Wärmetransport Wärmeübertragung

B.G. Teubner, Stuttgart, Leipzig, 1999

[8] Polifke, W./ Kopitz, J. Wärmeübertragung Pearson Studium, 2005 [9] Wagner, W. Wärmeübertragung Vogel Verlag 5. Auflage, Würzburg 1998

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Konvektion [10] Merker, G.P. Konvektive Wärmeübertragung Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1987 Konvektion mit Phasenübergang [11] Stephan, K. Wärmeübergang beim Kondensieren und Sieden Springer Verlag, Berlin, 1988 Strahlung [12] Siegel, R./ Howell, J.R./ Lorengel, J. Wärmeübertragung durch Strahlung Teil 1: Grundlagen und Materialeigenschaften Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1987 Wärmeleitung [13] Tautz, H. Wärmeleitung und Temperaturausgleich Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstr., 1971

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Nachschlagewerke

[14] Rohsenow, W.M./ Hartnett, J.P./ Cho, Y.I. Handbook of Heat Transfer 3rd Edition, McGraw – Hill Book Co., New York, 1998

[15] VDI-Wärmeatlas (Springerlink) Berechnungsbeiblätter für den Wärmeübergang VDI- Hrsg., Springer- Vieweg, 11. Auflage 2013

[16] VDI Heat Atlas (Springerlink) Berechnungsbeiblätter für den Wärmeübergang 2nd Edition, VDI Hrsg. Springer Verlag, 2010  

Grundlagen der Wärmeübertragung17

Pinguine

Gegenstrom-Wärmeübertrager

1

2z

Grundlagen der Wärmeübertragung18

Gegenstrom-Wärmeübertrager

Grundlagen der Wärmeübertragung19

Sonnenstrahlen, die auf die Haare des Eisbären treffen, werden auf die schwarze Haut geleitet. Das Tier ist getarnt und wird trotzdem erwärmt.Transparente Wärmedämmung

Grundlagen der Wärmeübertragung20

Weihnachtspyramide als Wärmekraftmaschine

Aufwindkraftwerk

Grundlagen der Wärmeübertragung21

Drehspieß

Grundlagen der Wärmeübertragung22

Grundlagen der Wärmeübertragung23

Grundlagen der Wärmeübertragung24

Grundlagen der Wärmeübertragung25

Hochberippte Rohre:

Rippenhöhe: bis 15 mm

Rippenteilung: 5 - 9 fpi (fins per inch)

Oberflächengewinn: bis Faktor 17

Außenseite: Luft- oder Gasströmung

z.B. Heizkessel, Brennwertkessel,Luftkühler, Ölkühler, …

Mittelhochberippte Rohre:

Rippenhöhe: bis 4,5 mm

Rippenteilung: typisch 11 fpi

Oberflächengewinn: bis Faktor 8

Außenseite: Luft- oder Gasströmung,Flüssigkeitsströmung

z.B. Wassererwärmer, Gaskühler, Ölkühler, Verdampfer, Verflüssiger

Außenberippte Rohre

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Rippenhöhe: 0,5 – 15 mm

Rippenteilung: 0,5 – 5 mm (5 – 50 fins per inch / fpi)

Werkstoffe: Cu, CuNi, Alu, Stahl, Sondermessingauch ‚Bimetall-Rohre‘ möglich

Außenberippte Rohre

Grundlagen der Wärmeübertragung27

Kühlerkasten mit integriertemAusgleichsbehälter

Ladeluftkühler

Wärmeübertrager im Fahrzeug

Grundlagen der Wärmeübertragung28Platten-Wärmeübertrager

Grundlagen der Wärmeübertragung29

Kap. 1Folie 29

Wärmerückgewinnungsystem

Grundlagen der Wärmeübertragung30Gewickelte Rippenrohr- Wärmeübertrager

Grundlagen der Wärmeübertragung31Koaxial-Wärmeübertrager

ETS Tübach, CH