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Tutorial MenueKompaktkurs WärmetransportLerneinheit 6 von 7

Wärmeaustausch

Gegenstromwärmetauscher

Beim Gegenstromwärmetransport strömen warmes und kaltes Fluid entlang der Trennwand in entgegengesetzter Richtung:

Abb.1
Gegenstromwärmetauscher Schaltbild
Tab.1
Legende
SymbolBeschreibungEinheit
T w,e Temperatur des warmen Fluids am EingangK
T w,a Temperatur des warmen Fluids am AusgangK
T k,e Temperatur des kalten Fluids am EingangK
T k,a Temperatur des kalten Fluids am AusgangK
  • das warme Fluid 1 kühlt sich von der Eintrittstemperatur T w,e auf die Austrittstemperatur T w,a ab
  • das kältere Fluid 2 erwärmt sich von der Eintrittstemperatur T k,e auf die Austrittstemperatur T k,a
Abb.2
Gegenstromwärmetauscher Temperaturverlauf
Tab.2
Legende
SymbolBeschreibungEinheit
T w,e Temperatur des warmen Fluids am EingangK
T w,a Temperatur des warmen Fluids am AusgangK
T k,e Temperatur des kalten Fluids am EingangK
T k,a Temperatur des kalten Fluids am AusgangK
T m mittlere TemperaturK
Δ T TemperaturdifferenzK

Das Temperaturprofil des Gegenstromwärmetauschers weist dabei folgende Merkmale auf:

  • die Temperaturdifferenz Δ T = Δ T w - Δ T k bleibt im Idealfall ( m · k = m · w ; c k = c w ) über die gesamte Länge des Wärmetauschers annähernd gleich.
  • Die Austrittstemperatur T k,a des wärmeaufnehmenden kälteren Fluids kann höher liegen als die Austrittstemperatur T w,a des wärmeabgebenden Mediums.
  • die Bedingung T w > T k in demselben Querschnitt bleibt dabei erhalten.

Vertiefung: Triebkraftdiagramm des Gegenstromwärmetauschers

Vorteile der Gegenstromführung

  • Die Triebkraft der Wärmeübertragung ΔT beim Gegenstromwärmetransport kann durch Wahl geeigneter Masseströme und Fluide auf einem wirtschaftlichen Mittelwert gehalten werden und strebt nicht wie beim Gleichstromwärmetransport gegen Ende der Wärmeübertragung gegen Null.
  • Die übertragenen Wärmemengen je Flächeneinheit unterscheiden sich an den einzelnen Austauschflächen beim Gegenstrom nicht so stark wie bei der Gleichstromführung ( Δ T const ) .
  • Überschreitung der Gleichgewichtslinie ermöglicht, dass das „wärmere Fluid“ mit niedrigerer Temperatur austritt als das „kältere Fluid“
  • die Mittelwerte für die Temperaturdifferenzen liegen bei ausreichender Länge des Wärmetauschers im Falle des Gegenstroms höher als beim Gleichstrom

⇛ damit überträgt das wärmere Fluid beim Gegenstromwärmetauscher einen größeren Anteil seiner Wärmemenge auf das kältere Fluid als beim Gleichstromwärmetauscher. Der Energieverlust ist somit deutlich niedriger als im Falle des Gleichstromwärmetauschers.

Gleich-, Gegen- und der hier nicht behandelte Kreuzstromwärmetransport sind für geringe Temperaturänderungen in ihrer Effektivität etwa gleichwertig. Für größere Temperaturänderungen sind Gegen- und Kreuzstromführung also der Gleichstromführung vorzuziehen.

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