Wärme- Und Stoffübertragung an der TU Braunschweig | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Wärme- und Stoffübertragung an der TU Braunschweig

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TESTE DEIN WISSEN

Wie groß ist der Einfluss der Temperatur auf die Wärmeleitfähigkeit von Gasen und Nichtmetallen?

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TESTE DEIN WISSEN

Lambda = K * T^(0.5)

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Welche mathematische Form weisen Temperaturänderungen bei Zylindern bzw. bei Platten auf?

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TESTE DEIN WISSEN

Zylinder: logarithmisch

Platten: linear

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Wie ist der kritische Radius einer Wärmedämmung um einen Zylindermantel zu erklären?

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Der Außenradius hat einen signifikanten Einfluss auf den konvektiven Anteil der Wärmeübertragung. Dies wirkt sich bei kleinen absoluten Radien so aus, dass trotz Aufbringen einer Wärmedämmung ein geringerer Wärmeübertragungswiderstand aufgebracht wird.

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Welche Bedingungen zur Bestimmung des Temperaturfeldes in einem Kontrollvolumen sind Ihnen bekannt?

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Anfangsbedingungen:

Ein zeitlich sich änderndes Temperaturfeld muss zu einem bestimmten Zeitpunkt vollständig bekannt sein. Ausnahme: Periodische Änderung (z.B. Raumschiff um Erde)


Randbedingungen:

I. Dirichlet'sche RB:

- Vorgabe der Temperatur am Rand


II. Neumann'sche RB:

- Vorgabe des Wärmestroms bzw. Wärmestromdichte am Rand


III. gemischte RB:

- Vorgabe einer Wärmestromdichte am Rand durch konvektive Wärmeübergangsbeziehung (Rand weist keine Wärmespeichereigenschaft auf, weshalb Konvektion die Wärme aufnimmt

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Stellen Sie schematisch die Grenzfälle hoher bzw. niedriger Biot-Zahlen dar!

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Bi = groß: steiler Berg (hoher T-Gradient im Festkörper, da niedrige Wärmeleitfähigkeit des Festkörpers) und relativ flacher T-Gradient an äußerer Festkörperwand


Bi = klein: flacher Berg (niedriger T-Gradient im Festkörper, da Lambda[Festkörper] hoch ist) und hoher T-Gradient an äußerer Wand des Festkörpers



VL 4 | 26:00

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Wie wird eine Großanlage mit konvektivem Wärmeübergang ausgelegt? Welche Größen bzw. Methoden kennen Sie?

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Hinzunahme dimensionsloser Kennzahlen und Bilden gleicher dimensionsloser Differentialgleichungen, sodass Modell und Großanlage ähnliche Systeme sind

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Welchen Unterschied gibt es zwischen der Biot-Zahl und der Nußelt-Zahl?

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Die Biot-Zahl berücksichtigt als Länge die des Festkörpers.

Die Nußelt-Zahl berücksichtigt hingegen den Durchmesser der Strömung.

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Inwiefern hängt die Prandtl-Zahl von der Strömung ab?

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Gar nicht. Sie ist lediglich von thermophysikalischen Stoffwerten abhängig.

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Wie kommt es zur Bildung der Grashof-Zahl?

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Strömungsgeschwindigkeit oft schwer bestimmbar ohne aufwändige CFD-Simulationen.

Daher wurden Re und Fr kombiniert, um die Geschwindigkeit zu eliminieren.

Resultat ist die Grashof-Zahl, die die freie Konvektion charakterisiert und Dichteunterschiede durch Temperaturgradienten darstellt.

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Welche Eigenschaft weist die viskose Unterschicht auf?

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TESTE DEIN WISSEN

Verhält sich laminar, obwohl Fluidschichten darüber turbulent sind.

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Wieso verhält sich die viskose Unterschicht im turbulenten Bereich beim Umströmen einer Platte wie ein laminarer Bereich?

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TESTE DEIN WISSEN

Wandnah und Geschwindigkeitsfluktuationen normal zur Wand nicht möglich, da gedämpft

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Wie sind die Wärmeleitfähigkeiten von Metallen und Gasen von der Temperatur abhängig?

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Bei Metallen spielen zwei Effekte eine Rolle:

1. Elektronen als Energieträger: mit steigender Temperatur erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit

2. Gitterschwingungen: mit steigender Temperatur sinkt die Wärmeleitfähigkeit


Bei Nichtmetallen/Gasen

Je höher die Temperatur, desto höher die Wärmeleitfähigkeit

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Q:

Wie groß ist der Einfluss der Temperatur auf die Wärmeleitfähigkeit von Gasen und Nichtmetallen?

A:

Lambda = K * T^(0.5)

Q:

Welche mathematische Form weisen Temperaturänderungen bei Zylindern bzw. bei Platten auf?

A:

Zylinder: logarithmisch

Platten: linear

Q:

Wie ist der kritische Radius einer Wärmedämmung um einen Zylindermantel zu erklären?

A:

Der Außenradius hat einen signifikanten Einfluss auf den konvektiven Anteil der Wärmeübertragung. Dies wirkt sich bei kleinen absoluten Radien so aus, dass trotz Aufbringen einer Wärmedämmung ein geringerer Wärmeübertragungswiderstand aufgebracht wird.

Q:

Welche Bedingungen zur Bestimmung des Temperaturfeldes in einem Kontrollvolumen sind Ihnen bekannt?

A:

Anfangsbedingungen:

Ein zeitlich sich änderndes Temperaturfeld muss zu einem bestimmten Zeitpunkt vollständig bekannt sein. Ausnahme: Periodische Änderung (z.B. Raumschiff um Erde)


Randbedingungen:

I. Dirichlet'sche RB:

- Vorgabe der Temperatur am Rand


II. Neumann'sche RB:

- Vorgabe des Wärmestroms bzw. Wärmestromdichte am Rand


III. gemischte RB:

- Vorgabe einer Wärmestromdichte am Rand durch konvektive Wärmeübergangsbeziehung (Rand weist keine Wärmespeichereigenschaft auf, weshalb Konvektion die Wärme aufnimmt

Q:

Stellen Sie schematisch die Grenzfälle hoher bzw. niedriger Biot-Zahlen dar!

A:

Bi = groß: steiler Berg (hoher T-Gradient im Festkörper, da niedrige Wärmeleitfähigkeit des Festkörpers) und relativ flacher T-Gradient an äußerer Festkörperwand


Bi = klein: flacher Berg (niedriger T-Gradient im Festkörper, da Lambda[Festkörper] hoch ist) und hoher T-Gradient an äußerer Wand des Festkörpers



VL 4 | 26:00

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Q:

Wie wird eine Großanlage mit konvektivem Wärmeübergang ausgelegt? Welche Größen bzw. Methoden kennen Sie?

A:

Hinzunahme dimensionsloser Kennzahlen und Bilden gleicher dimensionsloser Differentialgleichungen, sodass Modell und Großanlage ähnliche Systeme sind

Q:

Welchen Unterschied gibt es zwischen der Biot-Zahl und der Nußelt-Zahl?

A:

Die Biot-Zahl berücksichtigt als Länge die des Festkörpers.

Die Nußelt-Zahl berücksichtigt hingegen den Durchmesser der Strömung.

Q:

Inwiefern hängt die Prandtl-Zahl von der Strömung ab?

A:

Gar nicht. Sie ist lediglich von thermophysikalischen Stoffwerten abhängig.

Q:

Wie kommt es zur Bildung der Grashof-Zahl?

A:

Strömungsgeschwindigkeit oft schwer bestimmbar ohne aufwändige CFD-Simulationen.

Daher wurden Re und Fr kombiniert, um die Geschwindigkeit zu eliminieren.

Resultat ist die Grashof-Zahl, die die freie Konvektion charakterisiert und Dichteunterschiede durch Temperaturgradienten darstellt.

Q:

Welche Eigenschaft weist die viskose Unterschicht auf?

A:

Verhält sich laminar, obwohl Fluidschichten darüber turbulent sind.

Q:

Wieso verhält sich die viskose Unterschicht im turbulenten Bereich beim Umströmen einer Platte wie ein laminarer Bereich?

A:

Wandnah und Geschwindigkeitsfluktuationen normal zur Wand nicht möglich, da gedämpft

Q:

Wie sind die Wärmeleitfähigkeiten von Metallen und Gasen von der Temperatur abhängig?

A:

Bei Metallen spielen zwei Effekte eine Rolle:

1. Elektronen als Energieträger: mit steigender Temperatur erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit

2. Gitterschwingungen: mit steigender Temperatur sinkt die Wärmeleitfähigkeit


Bei Nichtmetallen/Gasen

Je höher die Temperatur, desto höher die Wärmeleitfähigkeit

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