Grundlagen Wärmetransport
Der Wärmestrom
Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ
Der in der 1. Fourier-Gleichung enthaltene Proportionalitätsfaktor heißt Wärmeleitfähigkeitskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit oder auch Wärmeleitzahl. Er ist ein stoffspezifischer Wert mit der Dimension Leistung pro Länge und Temperatur.
- besitzt die Einheit ,
- ist definiert als die Wärmemenge, die in einer Zeiteinheit durch eine Schicht der Flächen- und Dickeneinheit bei Temperaturdifferenz geht,
- ist vom Druck nahezu unabhängig,
- steigt bei den meisten homogenen Festkörpern linear mit der Temperatur.
- Metalle haben sehr große Wärmeleitfähigkeiten und zeigen eine starke Abhängigkeit bei Beimengungen .
- Für Baumaterialien, Isolierstoffe liegt die Wärmeleitzahl bei niedrigeren Werten als für Metalle (, ), was z.T. auf eingeschlossene Luft zurückzuführen ist.
- Wärmeleitfähigkeiten von Flüssigkeiten und Gasen (, ) liegen bei noch kleineren Werten (die Bestimmung von Zahlenwerten wird durch konvektiven Wärmetransport erschwert).
- Die Druckabhängigkeit bei Gasen ist in einem Bereich von bis vernachlässigbar.
Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ von ausgewählten Stoffen:
- Tab.1
- Metalle (bei )
Metall | Wärmeleitkoeffizient in |
---|---|
Kupfer | 372 |
Aluminium | 229 |
Zink | 113 |
Stahl | 52 |
Bronze | 48 |
Blei | 35 |
VA-Stahl | 20 |
- Tab.2
- Baumaterial/Isolierstoffe
Baumaterial/Isolierstoffe | in |
---|---|
Ziegelmauer | 0,7-0,9 |
Glas | 0,7-1,2 |
Gummi | 0,15 |
Asbest | 0,09 |
Holzfaser | 0,06 |
Schilfrohrmatten | 0,06 |
Glaswolle | 0,05 |
Kokosfaser | 0,05 |
Schaumglas | 0,05 |
Zellulosefaser | 0,04 |
Flachs | 0,04 |
Baumwolle | 0,04 |
Mineralfaser | 0,03-0,04 |
Polyurethan-Hartschaum | 0,03 |
- Tab.3
- Verunreinigung
Verunreinigung | in |
---|---|
Kesselstein (silikatreich) | 0,1-0,2 |
Kesselstein (kalkreich) | 0,5-0,9 |
Kesselstein (gipsreich) | 1,7-2,4 |
Ölschichten | 0,12 |
Rostanstriche | 0,14 |
Reif | 0,2 |
Eis | 2,2 |
- Tab.4
- Flüssigkeiten
Flüssigkeit | in |
---|---|
Diphenylgemisch | 0,136 |
Benzol | 0,147 |
Ethanol | 0,185 |
Ethylenglykol | 0,25 |
Glycerol | 0,279 |
Wasser | 0,59 |
- Tab.5
- Wärmeleitfähigkeitskoeffizient (in ) von Luft und Wasserdampf als Funktion der Temperatur
Temperatur | 293 K | 393 K | 493 K | 593 K | 693 K | 793 K |
---|---|---|---|---|---|---|
Luft | 0,024 | 0,031 | 0,037 | 0,042 | 0,048 | 0,052 |
Wasserdampf | 0,017 | 0,024 | 0,033 | 0,042 | 0,055 | 0,075 |
Alle Tabellen aus: Vauck, Müller: Grundoperationen chem. Verfahrenstechnik; 8. Auflage VCH 1990 S.389 ff. und Cerbe/Hoffmann: Einführung in die Wärmelehre; 6. Aufl. Hanser Verlag München; 1982
Film: Wärmeleitung von Metallen
Der Wärmestrom
- Der Wärmestrom ist von der Größenart einer Leistung.
- Er besitzt die Einheit
Bezogen auf die Fläche wird die durchströmende Wärme als Wärmestromdichte oder Heizflächenbelastung bezeichnet:
- Tab.6
- Legende
Symbol | Beschreibung | Einheit |
---|---|---|
Wärmestromdichte (flächenbezogener Wärmestrom) | ||
Wärmestrom | ||
Wärmeleitfähigkeitskoeffizient | ||
Fläche | ||
Temperaturdifferenz | ||
Dicke der Wand |
Vertiefung: elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit