Wärmeübertragung A-Z: Systematische und ausführliche Erläuterungen wichtiger Größen und Konzepte PDF
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H.Herwig WarmeiibertragungA-Z Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH Heinz Herwig Warmeiibertragung A-Z Systematische und ausfiihrliche Erlauterungen wichtiger GroBen und Konzepte Mit 98Abbildungen Springer Professor Dr. Ing. Heinz Herwig Technische Thermodynamik Technische Universităt Hamburg-Harburg Denickestra6e 17 21073 Hamburg Deutschland ISBN 978-3-642-63106-1 Die Deutsche Bibliothek -CIP-Einheitsaufnahme Herwig, Heinz: Warmeubertragung A -Z : systematische und ausfiihrliche Erlauterungen wichtiger GroBen und Konzepte I Heinz Herwig. -Berlin; Heidleberg ; New York; Barcelona ; Hongkong ; London ; Mailand ; Paris; Singapur ; Tokio : Springer, 2000 (VOI-Buch) ISBN 978-3-642-63106-1 ISBN 978-3-642-56940-1 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-56940-1 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschutzt. Die dadurch begrundeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfăltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfiiltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Ein zelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulassig. Sie ist grundsatzlich vergutungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmun gen des Urheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2000 Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2000 Softcover reprint ofthe hardcover ist edition 2000 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden durften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.B. DIN, VOI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert werden sein, so kann der Verlagkeine Gewahr fur Richtigkeit, Vollstandigkeit oder Aktualitat ubernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls fiir die eigenen Arbeiten die vollstandigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gultigen Fassung hinzuzuziehen. Einbandgestaltung: Struve & Partner, Heidelberg Satz: Reproduktionsfertige Vorlage des Autors SPIN: 10714415 68/3020 -5 4 3 2 1 O -Gedruckt auf saurefreiem Papier Vorwort Die Idee zu dem vorliegenden Buch entstand aus der eigenen leidvollen Er fahrung, bestimmte Begriffe in den Stichwortverzeichnissen von Biichern zur Warmeiibertragung zu suchen, aber nur selten so zu finden, daB der Ver weis wirklich zur gewiinschten Information fiihrt. Deshalb soIl im vorliegen den Buch der Zugang im Sinne eines "Lexikons" direkt iiber die Stichworter moglich sein. Dariiber hinaus soIl die Beschreibung in einem systematisier ten und einheitlichen Format erfolgen. Damit ist dann stets von vorneherein bekannt, unter welchen Gesichtspunkten die einzelnen Begriffe abgehandelt werden. Die Auswahl der Begriffe, die in einem jeweils vergleichbaren Umfang be handelt werden, ist subjektiv und leider stets unvollstandig. Trotzdem ist versucht worden, keine grundlegenden Begriffe auszulassen. Das vorliegende Buch ersetzt keines der Standard-Werke zur Warmeiiber tragung, sondern soIl eine (hoffentlich sinnvolle) Erganzung darstellen. In diesem Sinne wendet es sich auch nicht an Leser, die eine Einfiihrung in die Warmeiibertragung suchen, sondern solI vielmehr den Ingenieuren, Wissen schaftlern und Praktikern eine Hilfe sein, die bestimmte Detailfragen noch einmal vertiefend nachlesen wollen. Die Herstellung der druckfertigen Vorlage ware ohne den unermiidlichen Einsatz von Herrn Marco Schumann (der u.a. das li\'IEX-Makroerstellt hat), Herrn Kristian Rink, Herrn Daniel Decker und HerrnHolger Oest undenkbar gewesen. Herrn Dr.-Ing. Andreas Moschallski danke ich fiir eine intensive inhaltliche Diskussion und viele Verbesserungsvorschlage. Die angenehme Zusammenarbeit mit dem Springer-Verlag sei besonders dankend erwahnt. Hamburg, Oktober 1999 Heinz Herwig Formale Besonderheiten in diesem Buch Auffolgende Besonderheiten bei der Gestaltung des Buches sollte besonders hingewiesen werden: ~ Alle Stichwarter sind nach einem einheitlichen Schema mit den Rubri ken BEDEUTUNG UND DEFINITION PHYSIKALISCHER HINTERGRUND ANWENDUNGEN UND BEISPIELE BEACHTE WEITERFUHRENDE LITERATUR und in etwa vergleichbarem Umfang abgehandelt. ~ An Stellen, an denen ein Verweis auf ein anderes Stichwort sinnvoll erscheint, erfolgt dies durch die GroBbuchstaben-Schreibweise. Beispiel: ...wie die WARMELEITUNGSGLEICHUNG zeigt. Dies ist als Hilfe an bestimmten Stellen gedacht, aber keine systemati sche und vollstandige Hervorhebungaller Begriffe, diejeweilsals eigene Stichwarter vorkommen. ~ Neben den aufjeweilsetwavier Seiten abgehandelten Stichwarterngibt es andere, die nicht selbst beschrieben werden, sondern als Verweis auf ein Stichwort aufgenommen worden sind. Diese Verweise finden sich jeweils an der alphabetisch richtigen Stelle am Ende komplett abgehan delter Stichworter. Diese Verweise sind in die alphabetische Ubersicht am Ende des Buches aufgenommen worden. ~ ABe dimensionsbehafteten GraBen sind konsequent mit einem * verse hen worden. GraBen ohne *sind dimensionslos. ~ Bei der Angabe von Dimensionen bedeutet ein schrager Bruchstrich, daB alle folgenden GraBen im Nenner stehen. In diesem Sinne hat also z.B. [kg/ms] die Bedeutung von [kg/(ms)]. ~ Fur die thermodynamische Temperatur ist einheitlich der Buchstabe T* verwendet worden. Ob es sich urn die thermodynamische Celsius oder Kelvin- Temperatur handelt, folgt aus der Einheit °C bzw. K. ~ Die Literaturangaben unter WEITERFUHRENDE LITERATUR sind je weils nach den Erscheinungsjahren geordnet. Die neuesten Literatur stellen sind zuerst genannt. Stichworter nach Sachgebieten (eine alphabetische Ubersicht befindet sich am Ende des Buches; ausgeftihr te Stichworter sind fett gedruckt, Stichwortverweise erscheinen im Normal druck) 1. Gleichungen Fouriersches Warmeleitungsgesetz 67 Konstitutive Gleichungen 123 Kopplungseffekt (--+ Konstitutive Gleichungen) 132 Thermische Energiegleichung 245 Warmeleitungsgleichung 342 2. Konzepte und Methoden Analogie 5 Boussinesq-Approximation 23 Dimensionsanalysis 27 Filmtemperatur (--+ Referenztemperatur-Methode) 66 Grenzschicht 87 Referenztemperatur 165 Referenztemperatur-Methode 169 Reynolds-Analogie (--+ Analogie) 174 Riickgewinnfaktor 182 Stoffwertverhaltnis-Methode 199 Thermische Einlauflange 240 Variable Stoffwerte 304 Verbesserung des Warmeiiberganges 309 Warmedurchgangskoeffizient 320 Warmespeicherung 359 Warmeiibergangsbeziehung (--+ Warmeiibergangskoeffizient) 376 Warmeiibergangskoeffizient 377 3. Thermodynamische Begriffe zur Warmeiibertragung Adiabate Wandtemperatur 1 Anergie (-+ Exergie) 8 Eigentemperatur (-+ Adiabate Wandtemperatur) 34 Entropie 43 Entropieproduktion 48 x Exergie 55 Kiihlgrenztemperatur 133 Latente Warme 137 Schmelzenthalpie (-+ Latente Warme) 186 Speisewasservorwarmung (-+ Zwischeniiberhitzung) 198 Sublimationsenthalpie (-+ Latente Warme) 230 Thermodynamische Mitteltemperatur 268 Thermodynamischer Kreisprozess 273 Thermodynamische Temperatur 277 Warmekraftprozesse 329 Zwischeniiberhitzung 394 4. Kennzahlen der Warmeiibertragung Biot-Zahl 18 Brinkman-Zahl (-+ Eckert-Zahl) 26 Colburn-Zahl (-+ Analogie) 26 Eckert-Zahl 31 Fourier-Zahl 70 Froude-Zahl 73 Graetz-Zahl (-+ Graetz-Problem) 83 Grashof-Zahl 84 Merit-Zahl (-+ Warmerohr) 145 Nusselt-Zahl 155 Peclet-Zahl 158 Prandtl-Zahl 161 Rayleigh-Zahl (-+ Grashof-Zahl) 164 Reynolds-Zahl 175 Richardson-Zahl 179 Stanton-Zahl (-+ Nusselt-Zahl) 198 Turbulente Prandtl-Zahl 301 5. Stoffwerte der Warmeiibertragung Latente Warme 137 TemperaturleiWihigkeit 231 Thermischer Ausdehnungskoeffizient 255 Warmekapazitat 323 WarmeleiWihigkeit 334 6. Spezielle Formen und Aspekte der Warmeiibertragung Behaltersieden 9 Benard-Konvektion 14 XI Blasensieden (-+ Sieden) 22 Filmkondensation 58 Filmkiihlung 62 Filmsieden (-+ Sieden) 66 Induktionsheizung 93 Joulesche Warme 97 Konjugierter Warmeiibergang 120 Konvektive Warmeiibertragung 127 Leveque-Losung 142 Mikrowellenheizung 146 Nicht-Fouriersche Warmeleitung 150 Peltier-Effekt (-+ Thermoelement) 160 Rayleigh-Benard-Konvektion (-+ Benard-Konvektion) 164 Schwitzktihlung (-+ Transpirationskiihlung) 186 Seebeck-Effekt (-+ Thermoelement) 186 Siedekrise (-+ Sieden; Stromungssieden) 186 Sieden 187 Soret-Effekt (-+ Thermodiffusion) 198 Stilles Sieden (-+ Sieden) 198 Thermische Isolation 250 Thermischer Kontaktwiderstand 258 Transpirationskiihlung 289 Tropfenkondensation 298 Verdunstungsktihlung (-+ Transpirationskiihlung) 316 Warmeleitung 338 Warmeiibertragung 388 Widerstandsheizung (-+ Joulesche Warme) 393 7. Warmeiibertragung mit Phasenwechsel Blasensieden (-+ Sieden) 22 Filmkondensation 58 Filmsieden (-+ Sieden) 66 Kondensation 111 Kritische Warmestromdichte (-+ Sieden) 132 Latente Warme 137 Leidenfrost-Temperatur (-+ Sieden) 141 Sieden 187 Stilles Sieden (-+ Sieden) 198 Stromungssieden 226 Tropfenkondensation 298 Verdunstungsktihlung (-+ Transpirationskiihlung) 316 XII 8. Warmestrahlung Einstrahlzahl 35 Hohlraumstrahlung (-t Strahlung Schwarzer Korper) 92 Solarstrahlung 193 Strahlung Grauer Korper 203 Strahlung realer Korper 206 Strahlung Schwarzer Korper 214 Strahlung von Gasen 221 Treibhauseffekt 293 Warmestrahlung 365 9. Warmetechnische Apparate und Anlagen Induktionsheizung 93 Kaltemaschine 100 Kondensator 116 Mikrowellenheizung 146 Regenerator (-t Warmeiibertrager) 174 Rekuperator (-t Warmeiibertrager) 174 Thermosyphon (-t Warmerohr) 288 Verdampfer 314 Warmepumpe 346 Warmerohr 353 Warmespeicherung 359 Warmeiibertrager 381 10. Meteorologische Aspekte Empfundene Temperatur (-t Fiihlbare Temperatur) 42 Fiihlbare Temperatur 76 Solarstrahlung 193 Treibhauseffekt 293 11. MeBtechnische Aspekte Temperaturmessung 235 Thermoelement 283 Warmestrommessung 371 Widerstandsthermometer (-t Temperaturmessung) 393
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