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Wärmedurchgang

Bestimmung und Beeinflussung des Wärmedurchgangskoeffizienten k W

Experimentelle Bestimmung

Während die Wandstärke Δz aus der Konstruktionszeichnung des Wärmetauschers und die Wärmeleitzahlen λ auch als Funktion der Temperatur aus Tabellenwerken zu entnehmen sind, ist man bei der Bestimmung der Wärmeübergangskoeffizienten α auf Kriteriengleichungen oder auf selbst durchgeführte Versuchsserien angewiesen. Bei letzterem Vorgehen wird in einer ersten Versuchsserie durch gezielte Änderung der hydrodynamischen Verhältnisse auf nur einer Seite der Wand (auf der anderen Seite der Wand müssen die hydrodynamischen Verhältnisse konstant bleiben) erst α1 als Funktion von Re und Pr ermittelt, bevor in einer zweiten Versuchsserie die hydrodynamischen Verhältnisse auf der anderen Seite der Wand geändert werden und der zweite Wärmeübergangskoeffizient α2 bestimmt wird.

Beeinflussung des Wärmedurchgangs

Bei stark unterschiedlichen Wärmeübergangskoeffizienten α1 und α2 hat der größere auf den Wärmedurchgangskoeffizienten kW kaum einen Einfluss; kW ist immer kleiner als der kleinste der beiden Wärmeübergangskoeffizienten.

Soll der Wärmedurchgang verbessert werden, was bei Wärmeüberträgern erwünscht ist, so müssen die Bemühungen auf der Wandseite mit dem niedrigeren Wärmeübergangskoeffizienten ansetzen. Eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten ist durch folgende Maßnahmen möglich:

  • durch eine höhere Strömungsgeschwindigkeit,
  • durch Einbau von Turbulenzeinrichtungen (→ erhöhen jeweils den Reibungsverlust des strömenden Fluids),
  • Ausnutzung einer gestörten Strömung in der Anlaufstrecke bei laminarer Strömung (z.B. kurze Heizflächen mit mehrfacher Umlenkung der Strömung),
  • Vergrößerung der Heizfläche durch Rippen auf der Seite des kleineren Wärmeübergangskoeffizienten,
  • Verwendung eines geeigneten Wandmaterials, wenn die Wärmeübergangskoeffizienten auf beiden Seiten sehr hoch sind.

Soll der Wärmedurchgang behindert werden, z.B. bei Dampfleitungen, so muss der Wärmedurchgangskoeffizient durch eine zusätzliche Isolierschicht mit möglichst kleinem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten λ verringert werden. In Wärmeüberträgern verursacht eine solche isolierende Schicht, wie sie durch Kesselstein oder Rußablagerungen entstehen kann, eine Verschlechterung der Wärmeüberträgerleistung.

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