Wärmeübertrager at Technische Hochschule Köln

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Wie kann man bei einem Strömungsvorgang erkennen, ob es sich um „freie

Konvektion“ oder „erzwungene Konvektion“ handelt?

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Wie kann man begründen, dass der Wärmeübergangskoeffizient in einem Verdampferrohr proportional zum Anteil der Dampfphase ansteigt.

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Wie wird der Wärmestrom bei gleichzeitigem Vorliegen von Wärmestrahlung und Wärmeübertragung durch erzwungene / freie Konvektion berechnet?

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Checkliste für Basisplanung eines Verdampfers/ Rektifikationskolonne

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Welchen Wert sollte der Korrekturfaktor für Kreuzstrom nicht unterschreiten (Erfahrungsregel)? Begründen Sie diese Erfahrungsregel.

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Wie groß sollte die minimale Temperaturdifferenz am Zulauf bzw. am Ablauf eines Wärmeübertragers sein (Erfahrungsregel)?

Begründen!

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Welche elektrische Antriebsleistung ist für einen Lüfter notwendig, um eine Wärmeleistung von 1 MW von Wasser auf die Umgebungsluft zu übertragen?

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Erläutern Sie den iterativen Prozess der wärmetechnischen Auslegung eines Wärmeübertragers

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Welche Bedeutung hat die Grenzschichttheorie für die Auslegung von Wärmeübertragern?

Vgl. real zur grenzschichttheorie

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Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit ein Dampf an einer Wand kondensiert?

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Welche Annahmen werden bei der Nußelt‘schen Wasserhauttheorie getroffen?

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Erläutern Sie das Leidenfrost‘sche Phänomen

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Wärmeübertrager

Wie kann man bei einem Strömungsvorgang erkennen, ob es sich um „freie

Konvektion“ oder „erzwungene Konvektion“ handelt?

Frei: Freiwillig, Spontan; keine Car, Geschwindigkeit; Strömungsrichtung durch Gravitation vorgegeben

Erzwungen: Char. Geschwindigkeit durch Pumpen; Ventilator etc.

Wärmeübertrager

Wie kann man begründen, dass der Wärmeübergangskoeffizient in einem Verdampferrohr proportional zum Anteil der Dampfphase ansteigt.

Da die Flüssigkeit durch den Dampf beschleunigt wird und somit die Re-Zahl steigt(mehr turbulent). Durch die Blasen kann es IN die blasen rein verdampfen, das ist besser als in den Film

Wärmeübertrager

Wie wird der Wärmestrom bei gleichzeitigem Vorliegen von Wärmestrahlung und Wärmeübertragung durch erzwungene / freie Konvektion berechnet?

QGes=QStrahlung+QKonv.

Wärmeübertrager

Checkliste für Basisplanung eines Verdampfers/ Rektifikationskolonne

1. Skizze, Verfahrenstechnische Details, Temperaturprofile für Prozessmedium/SF

2. Übertragung Wärmestrom Ziel  (Q für Erwärmen, Verdampfen, Kondensieren)

3. Strömung des Prozessmediums wählen -> Querschnitt bestimmen für m. -> Hydraulischer Durchmesser -> Reynolds

4. Schätzung der Anzahl der Rohre / Rohrlänge

5. Berechnung Nusselt und Wärmeübergangskoeffizienten α für Prozessmedium

6. Parameter für Servicefluid (Q->m.->dT->u->A/dh->Re->Nu->α )

7. dTlog; WÜ-Fläche; R-Fouling; k -> Qist

8. Korrektur anhand Q-Vergleich und Flächenanpassung (Anzahl; Länge; ...)

9. Gesamtwiderstand

10. Druckverlust

11. Isolierung; Wärmeverlust

12. Apparatedatenblatt anfertigen

Wärmeübertrager

Welchen Wert sollte der Korrekturfaktor für Kreuzstrom nicht unterschreiten (Erfahrungsregel)? Begründen Sie diese Erfahrungsregel.

F > 0,85 da Wärmeübertrager sonst nicht Effizient genug!

F kann man durch m. und dT anpassen!

Wärmeübertrager

Wie groß sollte die minimale Temperaturdifferenz am Zulauf bzw. am Ablauf eines Wärmeübertragers sein (Erfahrungsregel)?

Begründen!

dT min = 5... 10... 20 K

je nach Ziel (Zustandsänderung oder nur Erwärmen) sollte dT größer gewählt werden (z.B. um sicher im Blasensieden zu sein)

Wärmeübertrager

Welche elektrische Antriebsleistung ist für einen Lüfter notwendig, um eine Wärmeleistung von 1 MW von Wasser auf die Umgebungsluft zu übertragen?

man benötigt ein Gebläse mit 5-12 kW Leistung


-> Luftkühler verfügen über 15-20 m²/m² WÜ-Fläche

Wärmeübertrager

Erläutern Sie den iterativen Prozess der wärmetechnischen Auslegung eines Wärmeübertragers

1. man muss Q-soll berechnen (also den Job)

2. danach Q-ist berechnen über eine Annahme der Platten/Rohranzahl und somit WÜ-Fläche

(Alpha Wandtemperatur und R-Fouling sollte hier berücksichtigt werden!)

3. zum Schluss vergleicht man das und passt die Platten/Rohranzahl dahingehend an

Wärmeübertrager

Welche Bedeutung hat die Grenzschichttheorie für die Auslegung von Wärmeübertragern?

Vgl. real zur grenzschichttheorie

Strömungsgeschwindigkeit an Wand geringer, Temperatur an Wand ändert sich, schlechterer WÜ

Wärmeübertrager

Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit ein Dampf an einer Wand kondensiert?

- Temperatur unterhalb der Temperatur des thermodynamischen Dampf-Flüssig-Phasengleichgewichts

- Druckerhöhung


Druck und Temperatur kennzeichnen den Kondensationspunkt


Bei der Kondensation wird Wärmeenergie vom Kondensat an die Umgebung abgegeben. Diese Kondensationswärme hat den gleichen Wert wie die Verdampfungswärme. Die muss an das Kühlmedium abgeführt werden

Wärmeübertrager

Welche Annahmen werden bei der Nußelt‘schen Wasserhauttheorie getroffen?

Laminare Filmströmung, konstante Wandtemperatur und Stoffwerte

Wärmeübertrager

Erläutern Sie das Leidenfrost‘sche Phänomen

- Phänomen entsteht bei extrem hohen Temperaturen.

- Temperatur der Grenzfläche hoch genug für schnelle primäre Verdampfung dann schwebt Wassertropfen auf Dampfpolster

- isoliert das ihn von direkter Wärmeübertragung

- Dampf unter Wassertropfen gefangen und entweicht nur langsam

- neuer Wasserdampf entsteht undTropfen gleitet so über dem heißen Material

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