Wärmeübertragung: Wärmeleitung online lernen


In diesem Online-Kurs wird die Wärmeleitung durch einen Feststoff sowie der konvektive Wärmeübergang behandelt. Nach Abschluss des Online-Kurses werden Sie die wichtigen klausurrelevanten Themen der Wärmeleitung beherrschen und können ruhigen Gewissens in die Prüfung gehen.

Themen:

Zu Beginn des Kurses wird die Wärmeleitung durch einen Feststoff betrachtet. Dabei wird der Wärmestrom durch eine ebene Wand, durch eine Hohlzylinderwand und durch eine Hohlkugelwand betrachtet. Es wird außerdem die Wärmedurchgangszahl, die Wärmeübergangszahl sowie die Wärmewiederstände aufgezeigt. Nach Abschluss dieses Kapitels wird es Ihnen möglich sein, den Wärmestrom durch diese Wände zu bestimmen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Bestimmung des Wärmestroms durch einen Stab bzw. eine Rippe bei zusätzlicher Wärmeabgabe an der Oberfläche.

Die folgenden beiden Kapitel beschäftigen sich mit dem konvektiven Wärmeübergang. Bei dem konvektiven Wärmeübergang handelt es sich um den Wärmeübergang von einer Wand auf ein strömendes Fluid bzw. umgekehrt. Es wird zunächst die erzwungene Konvektion behandelt. Bei dieser wird die Strömung von außen herbeigeführt z.B. durch Pumpen oder Gebläse. Diese erzeugen Druckdifferenzen innerhalb des Fluids und führen dazu, dass das Fluid strömt. Für die erzwungene Konvektion muss bei der Berechnung des Wärmestroms von Wand auf Fluid (oder umgekehrt) die Wärmeübergangszahl bekannt sein. Diese ist abhängig von einer Vielzahl von Faktoren. Zu diesen Faktoren zählen die Strömungsgeschwindigkeit und die Art der Strömung (turbulent oder laminar), der Geometrie der betrachteten Wand sowie der Richtung des Wärmestroms (Heizen oder Kühlen des Fluids). Um die Wärmeübergangszahl bestimmen zu können werden verschiedene dimensionslose Kennzahlen wie die Reynolds-Zahl, die Prandtl-Zahl und die Nußelt-Zahl herangezogen. Letzteres wird auch als dimensionslose Wärmeübergangszahl bezeichnet. Ist die Nußelt-Zahl bekannt, so kann daraus die Wärmeübergangszahl und damit der Wärmestrom bestimmt werden. Nach Abschluss dieses Kapitels werden Sie die Wärmeübergangszahl und damit den Wärmestrom turbulenter und laminarer Strömungen für unterschiedliche Geometrien bestimmen können.

Das folgende Kapitel behandelt die freie Konvektion. Bei der freien Konvektion handelt es sich um keine von außen herbeigeführte Strömung, sondern eine Strömung die sich in einem ruhenden Fluid aufgrund von Temperaturunterschiede im Fluid ergeben. Wird also ein Fluid mit einer beheizten Wand in Kontakt gebracht, so ergeben sich innerhalb des Fluids Temperaturunterschiede, welche zu Dichteunterschieden in den Fluidschichten führen. Fluidschichten in der Nähe der beheizten Wand erwärmen sich und weisen damit eine geringere Dichte auf, als wandferne Fluidschichten und steigen auf. Damit wird eine Strömung erzeugt. Ziel des Kapitels ist die Bestimmung der Wärmeübergangszahl zur Berechnung des Wärmestroms von der Wand auf das Fluid bzw. umgekehrt. Auch hier wird die dimensionslose Nußelt-Zahl herangezogen, welche abhängig von der Prandtl-Zahl, der Grashof-Zahl sowie der Geometrie der Wand ist.

Nach Abschluss diese Kurses werden Sie gut vorbereitet sein und können beruhigt in die Klausur gehen.
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Vorteile im Überblick

  • Über 40 Dokumente und mehr als 40 Übungen vermitteln Ihnen umfassend alles Wissenswerte.

    Im Kurs sind darüber hinaus 10 Videos enthalten, in denen die wichtigsten Themen anschaulich zusammengefasst werden. Insgesamt knapp 1,5 Stunden Videomaterial steigern Ihren Lernerfolg und sorgen nebenbei für Abwechslung.

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Einführung in die Wärmeübertragung
    • Wärmeströme und Wärmestromdichten
    • Wie wird Wärme transportiert?
    • Wichtige Stoffeigenschaften für den Wärmetransport
      • kinematische Viskosität ν und dynamische Viskosität η
      • Wärmeleitfähigkeit λ
  • Wärmeleitung in Festkörpern
    • Fourier´sches Gesetz der Wärmeleitung
      • Im homogenen Festkörper mit isotropen Materialverhalten
      • Im Festkörper mit anisotropen Materialverhalten
    • Die Fourier´sche Differentialgleichung zur Beschreibung des Temperaturfeldes im Festkörper
  • Eindimensionale stationäre Wärmeleitung für einfache Grundgeometrien
    • Poisson´sche und Laplace´sche Differentialgleichung
      • Einleitung zu Poisson´sche und Laplace´sche Differentialgleichung
      • Beispiele
    • Wärmeleitung in mehrschichtigen Wänden – Die Analogie zum Ohm´schen Gesetz
      • Einleitung zu Wärmeleitung in mehrschichtigen Wänden – Die Analogie zum Ohm´schen Gesetz
      • Wärmeisolierung einer Gebäudewand
  • Eindimensionale instationäre Wärmeleitung für einfache Grundgeometrien
    • Einleitung zu Eindimensionale instationäre Wärmeleitung für einfache Grundgeometrien
    • Exakte Lösungen durch Laplace-Transformation bei symmetrischen Randbedingungen
      • Einleitung zu Exakte Lösungen durch Laplace-Transformation bei symmetrischen Randbedingungen
      • Eindimensionale instationäre Wärmeleitung
      • Aufheizung einer Kugel bei Randbedingung erster Art
    • Lösungen für eine halbunendliche Wand
      • Einleitung zu Lösungen für eine halbunendliche Wand
      • Beispiel
      • Kurzfristige Kontakttemperatur bei Berührung zweier Körper
    • Zeitlicher Temperaturverlauf bei einer Blockkapazität
      • Einleitung zu Zeitlicher Temperaturverlauf bei einer Blockkapazität
      • Blockkapzität Thermometerperle
  • Konvektiver Wärmeübergang
    • Einführung in die Berechnungsgrundlagen
      • Einleitung zu Einführung in die Berechnungsgrundlagen
      • Zusammenstellung der wichtigsten dimensionslosen Kennzahlen zur Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten α
        • Einleitung zu Zusammenstellung der wichtigsten dimensionslosen Kennzahlen zur Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten α
        • Bei der Anwendung von Nußelt-Gleichungen ist immer auf folgende Punkte allgemein zu achten:
    • Berechnung des Wärmeübergangs bei freier Konvektion
    • Berechnung des Wärmeübergangs bei erzwungener Konvektion
      • Einleitung zu Berechnung des Wärmeübergangs bei erzwungener Konvektion
      • Wärmeübergang bei erzwungener Konvektion
  • Wärmedurchgang
    • Berechnungsgrundlagen
      • Einleitung zu Berechnungsgrundlagen
      • Vergleich Fenster mit Einfachverglasung und Doppelverglasung
      • Einfluss des Werkstoffes der festen Wand auf den Wärmedurchgang
      • Temperaturabhängiger Wärmeverlust in einer Warmwasserleitung
    • Vereinfachte Berechnung von Rekuperatoren
      • Einleitung zu Vereinfachte Berechnung von Rekuperatoren
      • Wärmeübertrager mit Phasenübergang
      • Beispiele
        • Rohrbündel-Wärmeübertrager im Parallelstrom
        • Nachrechnung eines Wärmeübertragers mit unbekannten Ablauftemperaturen
        • Temperaturverlauf in einem Verdampfer
  • Wärmestrahlung
    • Strahlungsenergiebilanz und schwarze Strahlung
      • Einleitung zu Strahlungsenergiebilanz und schwarze Strahlung
      • Ansätze für die rechnerische Bestimmung der Oberflächentemperatur der Sonne.
    • Strahlung technischer Oberflächen
      • Einleitung zu Strahlung technischer Oberflächen
      • Beispiel
        • Strahlungsleistung einer Glühlampe
    • Strahlungsaustausch zwischen festen Körpern
      • Einleitung zu Strahlungsaustausch zwischen festen Körpern
      • Beispiele
      • Wärmeempfinden menschlicher Haut bei grauer Strahlung
  • 42
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