Grundlagen Wärmetransport
Mechanismen des Wärmetransportes
Das Übertragen der Wärme kann auf drei Arten erfolgen: durch Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. Sie kommen bei technischen Austauschvorgängen selten allein, häufiger gleichzeitig vor, wobei die eine oder andere Art dominiert.
Wärmetransport durch Leitung
- Wärmetransport innerhalb eines Stoffes durch Stöße schwingender Moleküle
- Voraussetzung: Unterschiede in der Molekülenergie (Temperaturgefälle)
- Die Lage der Moleküle zueinander bleibt unverändert
- Tritt vor allem in Feststoffen auf
- Aber auch bei ruhenden oder laminar strömenden Fluiden
- Dicke-Größenordnung ‹ 1 mm
- Beispiele: Innen- und Außenfläche einer Hauswand, Ofenmauer, Behälter-, Kessel- und Rohrwände
Film: Wärmeleitung von Metallen
Wärmetransport durch Konvektion
- Wärmeenergie wird durch Mitführung und Bewegung von größeren Materieaggregaten übertragen
- In strömenden Fluiden ist der Wärmetransport durch Konvektion dem Wärmetransport durch Leitung überlagert
- Hydrodynamische Vorgänge beeinflussen das System maßgeblich
- Bewegung der Materieaggregate können durch Dichteunterschiede im Medium entstehen: Eigenkonvektion
- Bewegungen werden durch Umwälzung, Rühren oder Umpumpen verursacht: Erzwungene Konvektion
Wärmetransport durch Strahlung
- Wärmestrahlung tritt bei allen Wärmetransportvorgängen auf
- Ist elektromagnetischer Natur wie das Licht (Wellenlängen: 0,8 bis 15 μm)
- Es ist kein Übertragungsmedium erforderlich
- Transport von Wärme also auch im Vakuum möglich
- Je höher die Temperatur des wärmeabstrahlenden Körpers steigt, desto bedeutender wird der Strahlungsanteil beim Wärmetransport
- Im Gegensatz zu den beiden anderen Arten des Wärmetransports muss für die korrekte Energiebilanz die Rückstrahlung der Umgebung berücksichtigt werden
