Wärmeleitung durch eine zylindrische Wand

Rohre mit kleinen Wandstärken und großen Durchmessern können angenähert wie ebene Wände berechnet werden. Für große Rohrwandstärken, wie sie z.B. bei Isolierungen vorliegen, ist die Näherung nicht zulässig. Für das einschichtige Rohr gilt nach der 1. Fourier-Gleichung:

(1)
Q˙=-λAdTdr

Für die Zylinderfläche führen wir A = 2 πrl mit der Rohrlänge l ein:

(2)
Q˙=-λ2πrldTdr
Abb.1

Der Wärmestrom durch eine einschichtige Zylinderwand ist:

(3)
Q˙=λ2πl(T1-T2)lnr2r1

Die Temperatur fällt in der Rohrwand also nach einer logarithmischen Kurve. Der Wärmleitwiderstand der einschichtigen Zylinderwand ist

(4)
R=(T1-T2)2πlQ˙=lnr2r1λ
SymbolBeschreibungEinheit
R WärmeleitwiderstandK · m2· W-1
Q· WärmestromW
λ WärmeleitfähigkeitskoeffizientW · K -1 · m-1
l Rohrlängem
T1 Temperatur (T1 > T2) K
r1 Innerer Rohrradiusm
r2 Äußerer Rohrradiusm
j Anzahl der Schichten
Tab.1Legende
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