Excel mit VBA in der Warmetechnik

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1 Heinz Schmid Excel mit VBA in der Warmetechnik Warmeiibertragung, Gasmischungen, Verbrennungsrechnung C. F. Muller Verlag, Heidelberg

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort Formelzeichen und Einheiten Index Abkiirzungsverzeichnis V XVII XIX XXI 1 Warmetechnikgrundlagen Einleitung Warmeubertragung Warmeleitung Analogie zur Elektrotechnik Warmeleitzahl - Gase, Flussigkeiten, Metalle und Nichtmetalle Eindimensionale Leitung - Wand, Rohr und Hohlkugel Warmewiderstandsnetzwerke - seriell, parallel und gemischt Optimale Isolierungen fur Wande und Rohre Warmequellen und -senken in festen Stoffen und Fluiden Elektrische Widerstandsheizung Atomare Warmequellen Chemische Warmequellen Fossile Brennstoffe Regenerative Brennstoffe Sonnenstrahlung Solare Niedertemperaturnutzung Solare Hochtemperaturnutzung Erdwarme Geothermer Niedertemperaturbereich Geothermer Hochtemperaturbereich Meeresenergie - thermisch Mikrowellen Warmesenken Zweidimensionale Leitung - Finite Differenzen Methode Konvektion Erzwungene Konvektion Laminare und turbulente Stromung - Grenzschichten VII

3 VIII Reynolds-Zahl - Kanal-Plattenstromungen und Sonderfalle Nu(3elt-Zahl und Prandtl-Zahlen Warmeubergangszahl fur Plattenstromungen Warmeubergangszahl fur Kanalstromungen Warmeubergangszahl fiir umstromte Korper Warmeubergangszahl fur Sonderfalle Freie Konvektion Grashof-Zahl und Rayleigh-Zahl Warmeubergangszahl fur freie Oberflachen Warmeubergangszahl fur Fluidschichten Warmeubergangszahl fiir geschlossene Voluminas Warmeubergangszahl fur berippte Oberflachen Kombination von freier und erzwungener Konvektion Strahlung Grundlagen der Warmestrahlung Solarstrahlung Strahlung von Gasen und Stauben Warmedurchgangszahl - Beispiele Warmeubergangszahl fur Strahlung Fouling - Ablagerungen an den Warmeubertragungsflachen Warmedurchgangszahl fur Wande Warmedurchgangszahl fur Rohrleitungen Warmedurchgangszahlen in der Gebaudetechnik Instationare Warmeubertragung Fourier- und Biot-Zahl Instationare Warmeubertragung bei gleichmafliger T-Verteilung Instationare Warmeubertragung bei groben Temperaturunterschieden im Korperinneren Stoffdatenermittlung und Gasmischungen Stoffdaten als Funktion von Druck und Temperatur Gasmischungen idealer Gase Raumanteil und Massenanteil Gesamtdruck - Partialdriicke Gaskonstante, Molmasse Dichte Spezifische Warmekapazitaten, Enthalpien, innere Energien Brennstoffe - Verbrennungsrechnung Brennstoffnutzung Brennstoffe - Reserven - fossil - regenerativ 91

4 1.4.3 Reaktionsgleichungen Sauerstoffbedarf, Luftbedarf und Luftuberschusszahl Abgaszusammensetzung Heizwert und Brennwert Heizwert fester und flussiger Brennstoffe Heizwert gasformiger Brennstoffe Elementaranalysen fossiler Brennstoffe sowie der Biomasse Warmeubertrager (Warmetauscher, Warmeaustauscher) Grundtypen: Gleichstrom- Gegenstrom- und Kreuzstromwarmetauscher Berechnung mit der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz (LMTD-method) Berechnung mit der Methode der Anzahl der Ubertragungseinheiten (NTU-method) Rohrbundelwarmetauscher Geradrohrwarmetauscher Haarnadelwarmetauscher (U-Rohr-WT) Schwimmkopfwarmetauscher Rohrbundel-Kondensator in Geradrohrwarmetauscher Bauform Plattenwarmetauscher Spiralwarmetauscher Doppelrohrwarmetauscher Luftgekiihlte Warmetauscher - Rippenrohr-WT Sonderbauformen 118 Berechnungsblatter fur EXCEL mit VBA Einleitung Office 10-EXCEL Office 12-EXCEL Stoffwerte Stoffwerte fur die trockene Luft Stoffwerte fur das Wasser Ideale Gase Gasmischungen idealer Gase Ein Gasstrom Mischung zweier Gasstrome Berechnungsblatt ohne Zirkelbezug Berechnungsblatt mit Zirkelbezug Konvektion Erzwungene Konvektion 130 IX

5 Rohrstromung mit Luft und Wasser Umstromung eines Rohres mit Luft oder Wasser Senkrechte Platte Freie Konvektion Warmedurchgangszahlen Warmedurchgangszahl einer einschichtigen ebenen Wand Vorgabe von Alpha innen und auben Platte mit der Berechnung der Alpha-Werte Warmedurchgangszahl einer mehrschichtigen Wand Warmedurchgangszahl eines einschichtigen Rohres Rohr Vorgabe der Alpha-Werte Rohr mit der Berechnung der Alpha-Werte Mehrschichtiges Rohr Finite Differenzenmethode Berechnung der Temperaturverteilung einer Flache bei Vorgabe von konstanten Temperaturen an den Randern Berechnung der Temperaturverteilung beim Vorliegen eines konvektiven Warmeubergangs an den Randern Berechnung der Temperaturverteilung fiir Innere Warmequellen bzw. Senken Strahlungswarme Strahlungsaustausch zwischen zwei Flachen unterschiedlicher Temperatur (bei einer einfachen Anordnung der Flachen) Strahlungsaustausch zwischen zwei Flachen mit einer allgemeinen Anordnung Instationare Warmeubertragung Instationare Warmeleitung fur kleine Biot-Zahlen Verbrennungsrechnung Berechnung des unteren Heizwerts fur feste und flussige Brennstoffe Berechnung des unteren Heizwertes fur gasformige Brennstoffe Verbrennungsberechnung fur feste und flussige Brennstoffe Verbrennungsberechnung fur gasformige Brennstoffe Warmetauscher Gleichstromwarmetauscher Gleichstromwarmetauscher mit der LMTD-Methode GI.-WT Konstruktionsvariante Rohr-Mantelrohr-WT Gleichstrom-WT mit NTU-Methode Gegenstromwarmetauscher Gegenstromwarmetauscher mit LTMD-Methode GG.-WT Konstruktionsvariante Rohr-Mantelrohr-WT 168

6 Gegenstrom-WT mit NTU-Methode Kreuzstromwarmetauscher Kreuzstromwarmetauscher mit LMTD-Methode Kr.Z.-WT Konstruktionsvariante Taschenwarmetauscher Kreuzstrom-WT mit NTU-Methode NTU-Rohrbiindel-Warmetauscher NTU-Rohrbundel-Warmetauscher mit mantelseitigem Durchgang Warmetechnische Berechnung von Abgasbehandlungsanlagen hinter Elektrolichtbogenofen Allgemeiner Uberblick uber die Abgasbehandlungsanlage - Anforderungen Berechnungsmappe - Ubersicht Eingabeblatt fur das Ofenabgas Berechnungsblatt - Wassergekuhlte HeiBgasleitung mit Nachverbrennung Ubersicht - Abkuhlung Primarabgasstrom aus dem EAF und Sekundarabgasstrom aus dem Pfannenofen Berechnungsblatt Gasmischung - Mischerkammer Jet-Pulse-Filteranlage 185 Anhang A: Liste der Arbeitsblatter und VBA Functions Anhang B: Literaturverzeichnis 197 Anhang C: Warmeubertragung mit FEM-Programmen 201 Stichwortverzeichnis 203 XI