Inhaltsverzeichnis. Formelzeichen...

Transkript

1 Inhaltsverzeichnis Formelzeichen... xv 1 Einführung. Technische Anwendungen Die verschiedenen Arten der Wärmeübertragung Wärmeleitung Stationäre, geometrisch eindimensionale Wärmeleitung Konvektiver Wärmeübergang, Wärmeübergangskoeffizient Die Bestimmung von Wärmeübergangskoeffizienten. Dimensionslose Kennzahlen Wärmestrahlung Strahlungsaustausch Wärmedurchgang Der Wärmedurchgangskoeffizient Mehrschichtige Wände Wärmedurchgang durch Wände mit vergrößerter Oberfläche Abkühlung und Erwärmung dünnwandiger Behälter Wärmeübertrager Bauarten und Stromführungen Allgemeine Berechnungsgleichungen. Dimensionslose Kennzahlen Gegenstrom- und Gleichstrom-Wärmeübertrager Kreuzstrom-Wärmeübertrager Betriebscharakteristiken für weitere Stromführungen. Diagramme Die verschiedenen Arten der Stoffübertragung Diffusion Einseitige Diffusion, äquimolarediffusion Konvektiver Stoffübergang Stoffübergangstheorien... 89

2 x Inhaltsverzeichnis DieFilmtheorie DieGrenzschichttheorie Die Penetrations- und die Oberflächenerneuerungstheorie Anwendung der Filmtheorie auf die Verdunstungskühlung Stoffdurchgang Stoffübertrager DieMengenbilanzen Konzentrationsverlauf und Höhe von Stoffaustauschkolonnen Aufgaben Wärmeleitung und Diffusion Die Wärmeleitungsgleichung Die Herleitung der Differentialgleichung für das Temperaturfeld Die Wärmeleitungsgleichung für einen Körper mit konstantenstoffwerten DieRandbedingungen TemperaturabhängigeStoffwerte ÄhnlicheTemperaturfelder Stationäre Wärmeleitung Geometrisch eindimensionale Wärmeleitung mit Wärmequellen Wärmeleitung in Längsrichtung einesstabes DerTemperaturverlaufinRippenundNadeln Der Rippenwirkungsgrad Geometrisch mehrdimensionaler Wärmefluß Instationäre Wärmeleitung Lösungsmethoden DieLaplace-Transformation Der einseitig unendlich ausgedehnte Körper Abkühlung und Erwärmung einfacher Körper bei eindimensionalem Wärmefluß Abkühlung und Erwärmung bei mehrdimendionalem Wärmefluß Erstarren geometrisch einfacher Körper Wärmequellen Numerische Lösung von Wärmeleitproblemen Das einfache explizite Differenzenverfahren für instationäre Wärmeleitprobleme DieDiskretisierungderRandbedingungen Das implizite Differenzenverfahren von J. Crank und P.Nicolson...223

3 Inhaltsverzeichnis xi Nichtkartesische Koordinaten. Temperaturabhängige Stoffwerte Instationäre ebene und räumliche Temperaturfelder StationäreTemperaturfelder Diffusion Bemerkungen überruhendesysteme Die Herleitung der Differentialgleichung für das Konzentrationsfeld Vereinfachungen Randbedingungen Stationäre Diffusion mit katalytischer Oberflächenreaktion Stationäre Diffusion mit homogener chemischer Reaktion InstationäreDiffusion Aufgaben KonvektiverWärme- und Stoffübergang. Einphasige Strömungen Die längsangeströmte ebene Platte bei reibungsfreier Strömung DieBilanzgleichungen DasReynoldsscheTransporttheorem DieMassenbilanz DieImpulsbilanz DieEnergiebilanz Zusammenfassung Einfluß der Reynolds-Zahl auf die Strömung VereinfachungenderNavier-Stokes-Gleichungen Schleichende Strömungen Reibungsfreie Strömungen Grenzschichtströmungen DieGrenzschichtgleichungen Die Strömungsgrenzschicht Die Temperaturgrenzschicht DieKonzentrationsgrenzschicht Allgemeine Bemerkungen zur Lösung der Grenzschichtgleichungen Einfluß der Turbulenz auf den Wärme- und Stoffübergang Turbulente Strömungen an festen Wänden Überströmte Körper Die parallel angeströmte ebeneplatte Der quer angeströmtezylinder Quer angeströmte Rohrbündel Einige empirische Gleichungen für den Wärme- und Stoffübergang an überströmten Körpern Durchströmte Kanäle,Haufwerke,Wirbelschichten...373

4 xii Inhaltsverzeichnis Die laminare Rohrströmung Die turbulente Rohrströmung Haufwerke Poröse Körper Wirbelschichten Einige empirische Gleichungen für den Wärme- und Stoffübergang in durchströmten Kanälen, Haufwerken undwirbelschichten Freie Strömung DieImpulsgleichung Wärmeübergang an einer senkrechten Wand bei laminarer Strömung Einige empirische Gleichungen für den Wärmeübergang bei freier Strömung Stoffübergang bei freier Strömung Überlagerung von freier und erzwungener Strömung Kompressible Strömungen Das Temperaturfeld in einer kompressiblen Strömung Berechnung des Wärmeübergangs Aufgaben Konvektiver Wärme- und Stoffübergang mit Phasenumwandlungen Wärmeübergang beim Kondensieren DieverschiedenenArtenderKondensation DieNußeltscheWasserhauttheorie Abweichungen von der Nußeltschen Wasserhauttheorie Einfluß nicht kondensierbarer Gase Filmkondensation mitturbulenterwasserhaut Kondensation strömender Dämpfe Tropfenkondensation KondensationvonDampfgemischen EinigeempirischeGleichungen Wärmeübergang beim Sieden Die verschiedenen Arten der Wärmeübertragung DieEntstehungvonDampfblasen Mechanismen der Wärmeübertragung beim Sieden in freier Strömung BlasenfrequenzundAbreißdurchmesser DieNukijama-Kurve Stabilität beim Sieden in freier Strömung Berechnung von Wärmeübergangskoeffizienten beim Sieden in freier Strömung Einige empirische Gleichungen zum Wärmeübergang beim Blasensieden in freier Strömung...520

5 Inhaltsverzeichnis xiii Zweiphasige Strömungen Wärmeübergang beim Sieden von Gemischen Aufgaben Wärmestrahlung Grundlagen. Strahlungsphysikalische Größen Temperaturstrahlung Ausstrahlung Bestrahlung AbsorptionvonStrahlung ReflexionvonStrahlung Hohlraumstrahlung.GesetzvonKirchhoff Die Strahlung des Schwarzen Körpers Definition und Realisierung des Schwarzen Körpers Die spektrale Strahldichte und die spektrale spezifische Ausstrahlung Die spezifische Ausstrahlung und die Ausstrahlung in einem Wellenlängenbereich Strahlungseigenschaften realer Körper Emissionsgrade Die Beziehungen zwischen Emissions-, Absorptionsund Reflexionsgraden. Der graue Lambert-Strahler Emissionsgrade realer Körper Strahlungsdurchlässige Körper Solarstrahlung ExtraterrestrischeSolarstrahlung Die Schwächung der Solarstrahlung in der Erdatmosphäre DirekteSolarstrahlungamErdboden DiffuseSolarstrahlungundGlobalstrahlung Absorptionsgrade fürsolarstrahlung Strahlungsaustausch Sichtfaktoren Strahlungsaustausch zwischen Schwarzen Körpern Strahlungsaustausch zwischen grauen Lambert-Strahlern Strahlungsschutzschirme Gasstrahlung AbsorptionskoeffizientundoptischeDicke Absorptions- und Emissionsgrade Ergebnisse für den Emissionsgrad Emissionsgrade und gleichwertige Schichtdicken von Gasräumen Strahlungsaustausch in einem gasgefüllten Hohlraum Aufgaben...680

6 xiv Inhaltsverzeichnis Anhang A: Ergänzungen A.1 EinführungindieTensornotation A.2 Zusammenhang zwischen mittlerem und thermodynamischem Druck A.3 Navier-Stokes-Gleichungen eines inkompressiblen Fluids konstanter Viskosität in kartesischen Koordinaten A.4 Navier-Stokes-Gleichungen eines inkompressiblen Fluids konstanter Viskosität in Zylinderkoordinaten A.5 Entropiebilanz für Gemische A.6 Zusammenhang zwischen partieller und spezifischer Enthalpie. 692 A.7 Berechnung der Konstanten a n des Graetz-Nußelt-Problems (3.243) Anhang B: Stoffwerte Anhang C: Lösungen der Aufgaben Literatur Sachverzeichnis...745

7