Einführung: Thermophysikalische Eigenschaften & Wärmetransport

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1 Einführung: herohysikalishe Eigenshafen & Wäreransor Wolfgang HOHENAUER Ausrian Insiue of ehnology AI; A- Wien Giefinggasse h://ho.a herohysikalishe Eigenshafen WARUM sind die von Bedeuung? Besandeil einer ufassende Beshreibung eines Soffes Kennnis von Soffeigenshafen Werksoffauswahl i ehnishen Design ersändnis des Soffverhalens Geziele Beeinflussung von erfahrensshrien Eingangsdaen für die Baueilauslegung eeraurvereilungen Baueildeforaionen Sannungsanalysen ebensdaueranalyse Prozessoiierung Prozesskineik Shadensanalysen QM - Erfordernisse /

2 herohysikalishe Eigenshafen WECHE sind die von Bedeuung? Besandeil einer ufassende Beshreibung eines Soffes Kennnis von Soffeigenshafen Werksoffauswahl i ehnishen Design ersändnis des Soffverhalens Geziele Beeinflussung von erfahrensshrien Eingangsdaen für die Baueilauslegung eeraurvereilungen Baueildeforaionen Sannungsanalysen ebensdaueranalyse Prozessoiierung Prozesskineik Shadensanalysen QM - Erfordernisse 3 Erfahrungsasahen aus ehreren Jahrhunderen Hausäze der herodynaik Erser Hausaz: Wäre is eine For von Energie Es gil das Prinzi der Energieerhalung Ursahe jeder lokale eerauränderung is eine eränderung des lokalen Wäreinhales Zweier Hausaz: Wäre srö von Gebieen höherer eeraur in solhe niedrigerer eeraur Auonoe Sysee sreben i aufe der Zei den eeraurausgleih an. Sie sreben in den wahrsheinlihsen Zusand Nuller Hausaz: Die eeraur is eine Zusandsgröße Die eeraur is für die Forulierung eines herodynaishen Zusandes eine unverzihbare Größe. Man weiß: eeraurbedingungen beeinflussen Maerialeigenshafen Das ersändnis der herishen Belasung eines Syses erforder die Kennnis der räulihen und zeilihen eeraurbedingungen Das ersändnis des Maerial- und Baueilverhalens uner herishen Belasungen erforder zu jeder Zei die Kennnis der eeraurabhängigen Maerialeigenshafen WECHE Maerialeigenshafen sind das??? 4 /

3 herohysikalishe Eigenshafen Phänoenologisher Zugang Zufuhr von Wäre führ über die Oberflähe lokale Energiezufuhr okale Erhöhung der eeraur u wie viel? wovon häng diese eeraurerhöhung ab? Sezifishe Wäre Ausbreiung von Wäre / eeraur i Körer auf welhe Ar und Weise finde das sa? wie shnell geh das vor sih? Wäreleifähigkei Dehnung Shrufung erzug Ursahe für heroehanishe Sannungen herishe Dehnung 5 Phenoenology ees Physis and Physis ees Mahs 6 / 3

4 Phenoenology ees Physis die Folge der Energieerhalung Jede Änderung des Wäreinhales i Inneren eines oluens geshieh ausshließlih über einen Wäresro durh die Oberflähe dieses oluens Es sei denn: I Inneren des oluens wird Wäre roduzier oder verbrauh 7 herohysikalishe Soffwere:. herishe Dihe Definiion: ; kg ³ Soffabhängig: also abhängig von der lokalen heishen Zusaensezung eeraurabhängig herishen Dehnung des oluens Daher: 8 / 4

5 / 5 Phenoenologie: Definiionen: Soffabhängig: also abhängig von der lokalen heishen Zusaensezung eeraurabhängig Daher: herohysikalishe Soffwere:. herishe Dehnung: h. inearer herisher Ausdehnungskoeffizien: := C E C C C / : : ; ; CE CE h h ; ; ; : : ; K CE h h 9 Definiion: jene Wäreenge die an einer Einheisasse zu einer eeraurveränderung der u = K führ Soffabhängig: also abhängig von der lokalen heishen Zusaensezung eeraurabhängig Daher: herohysikalishe Soffwere:. Sezifishe Wäre K g J d d dq Q d ;

6 herohysikalishe Soffwere:. Wäreleifähigkei Newon: Wäre srö u so särker Je größer der eeraurunershied zwishen war und kal is Je geringer die Disanz zwishen war und kal is Fourier: Wäresro: ein jene Energie die je Zeieinhei durh eine Einheisflähe hindurhsrö P Q / A J / s W P/ A / A : ; Der Wäresro is eine gerihee Größe ekor in Rihung des negaiven eeraurgradienen herohysikalishe Soffwere:. Wäreleifähigkei Zusaengefass: Der Wäresro is ein ekor in Rihung des negaiven eeraurgradienen quaniaiv besi durh die Maßzahlen des eeraurgradienen Eine Maerialeigenshaf : Wäreleifähigkei Die Wäreleifähigkei is soffabhängig: also abhängig von der lokalen heishen Zusaensezung eeraurabhängig Daher: P Q / A J / s W P/ A / A : ;!! W P/ A ; [ ] K / 6

7 Posiionen einer herishen Bilanz:. Wäreinhal eines befüllen oluens Ausgangssiuaion: Beliebiger Körer i deoluen Befüll i Maerie einer Dihevereilung Keine Masseveränderung d infiniesiales Massesegen d; d d d Wäreusaz in eine infiniesialen oluen d der Masse d bei einer infiniesialen eerauränderung d Erwärung dieses oluens d auf eine beliebige eeraur i Wäreinhal i oluen dq d q d Q i d d i i d d d 3 Posiionen einer herishen Bilanz:. Wäresro durh die Hülle eines befüllen oluens Ausgangssiuaion: Beliebiger Körer i der Hülle Befüll i Maerie einer Wäreleifähigkei d; d okaler Wäredurhgang durh ein infiniesiales vekorielles Fläheneleen der Hülle df Gesaer Neo Wäredurhgang durh die geshlossene Hülle des Körers!! df df P/ A df P/ A df 4 / 7

8 / 8 herishe Bilanz: die Folge der Energieerhalung Jede Änderung des Wäreinhales i Inneren eines oluens bilanzier gegen den Wäresro durh die Hülle dieses oluens auf Grund der Energieerhalung zu einer Nullgröße Es sei denn: d d d dq i / df P df A.. f d d 5 Wäreleiungsgleihung: Konservaives Hoogenes Isoroes Mediu. Gauss sher Inegralsaz: ransforaion des Oberfläheninegrals über den Wäresro in ein olusinegral über das ushlossenen oluen. Annahe eines hoogenen isoroen Medius: und können als ausshließlih eeraurabhängige Größen und geshrieben werden. Nabla wirk dann ausshließlih auf. Es enseh 3. Aus der Ideniä zweier Inegrale die sih bei idenen Inegraionsvariablen über idene Inegraionsgrenzen ersreken folg die Ideniä der zu inegrierenden Funkionen 4. Resulae: Wäreleiungsgleihung eeraurleifähigkei a = a; [a ] = ²/s. : a d d d d d d df d F 6

9 / 9 Zusaengefass gil: Drei Maerialeigenshafen beshreiben einen engen Ursahe Wirkung Zusaenhang Sezifishe Wäre Wäreleifähigkei herishe Dehnung bzw. Dihe Das zu Grunde liegende Phänoen is ein Wäreransor und heiß Wäreleiung Aus Gründen der Energierhalung gil: Änderungen des Wäreinhales eines Körers fließen als Wäresro durh seine Hülle Konsequenz daraus: heorie des Wäreransores Wäreleiungsgleihung Die zeilihe eränderung eines eeraurfeldes Und die räulihe ereilung eines eeraurfeldes sind zu keiner Zei unabhängig von einander und nieals beliebig Physikalishe Begründung einer neue Soffgröße eeraurleifähigkei a ielfälige Nuzanwendungen 7 Nuzen dieses heoreishen Aufwandes Anworen auf ehrere Fragen uner andere: - Welhe Soffgrößen üssen geessen werden? - Auf welhen hysikalishen Effeken können Messehniken aufbauen? - Wie quanifizier an die Messunsiherhei von Messverfahren? 4 hysikalishe Soffgrößen 3 zu essende Soffgrößen zu berehnende Soffgröße oder Redundanzessung Mehodenensheidung - Zielsezung der Messung - Kosen - Messunsiherhei Messung von od. a a a P A /.. a. 8 4 ln h a DSC DSC DSC DSC B R B S R S R S Oiierungsansäze für die Dilaoerie WF Messehniken

10 Messwer & Messunsiherhei EN 35; Guide o he eression of unerainy in easureen GUM Der bese Shäzwer für das Resula der Messung einer der Messung direk zugänglihen Größe aus einer Folge von Einzelessungen is der Mielwer q der Einzelresulae q k Der bese Shäzwer für die Unsiherhei der Einzelresulae q k is die Sandardabweihung sq k s q k q. n. n n q k k n k q q² k Der bese Shäzwer für die Unsiherhei des Mielweres is aus sq k berehenbar Kobiniere Sandard Messunsiherhei u ²y einer berehneen Messgröße y = f N als Funkion von Eingangsgrößen { N } u q. s qk : u i n u y N i f. u i i Erweierung des errauensbereihes von 66% auf 95% Erweierungsfakor k = auf 99 % Erweierungsfakor k = 3 Uy = k. u y 9 Beisiel: Messunsiherhei Koaraiv erfahren zur Besiung der Wäreleifähigkei. Re Pr f. l Pr. Pr. l Re f.; oben Re f.; oben l Re f.; unen Re f.; unen /

11 Beisiel: Messwer & Messunsiherhei aser Flash erfahrens zur Besiung der eeraurleifähigkei d a > 5-9 ²/s Daa aquisiion ie se: µs h a 4 ln h ESU 4u h u a h / / a Mehodenensheidung Analyse der Messunsiherhei Of: Ensheidung für Flash ehniken ielseiiges Einsazsekru rash auoaisier wirshaflih Allerdings Enwiklungen zu WF Messgeräen Arakiv für sezifishe Anwendungen Of: zeiaufwändig und euer a Unerainy Budge ESU * ua * /% % u * /% 5% uρ /% % uce * /% 5% uδ /K * Equien Seifi Unerainy ESU /% 3% /

12 Mehodenwahl Dilaoerie Kalorierie aser Flash 3 Wäreleifähigkei / eeraurleifähigkei Sand vor Ho Wire Mehod 5 W/K R 3 C u > 5% Coaraive Mehod 5 8 W/K R 5 C u > 5% Guarded Hea Flow W/K - C C u > 5% aser Flash ARCs9 a: 5 ²/s R 6 C u a ~ 5% u ~ % a 4 /

13 Wäreleifähigkei / eeraurleifähigkei Sand ~ Guarded Ho Plae W/K -6 C 7 C u ~ 3% aser Flash a: ²/s : W/K - C C u a < 5% u ~ 35% a@nezsh.o a@nezsh.o ransien Ho Sri Marke launh W/K -8 C C u ~ 3% raush@zae.uni-wuerzburg.de Iroved 3 Mehod R&D Saus ulf.haershid@b.de 5 ransforaionen Reakionen Folgen der Energieerhalung Änderungen des Wäreinhales i Inneren eines oluens geshehen sowohl über einen Wäresro durh die Oberflähe dieses oluens Als auh durh: Freisezung von Wäre erzehr von Wäre ausgelös durh Prozesse i inneren des beraheen oluens 6 / 3

14 ransforaionen Reakionen eerienelle Nahweise 7 ransforaionen Reakionen eerienelle Nahweise 75 / W/.K; CE CE a DSC C a / ²/s 6 ; DSC - /J/g.K / C 8 / 4

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