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Wärmeübertragung: Wärmeleitung - Quer angeströmte Rohrreihen

Kursangebot | Wärmeübertragung: Wärmeleitung | Quer angeströmte Rohrreihen

Wärmeübertragung: Wärmeleitung

Quer angeströmte Rohrreihen

Im vorherigen Abschnitt wurden quer angeströmte Einzelkörper betrachtet. In diesem Abschnitt sollen nun quer angeströmte Rohrreihen betrachtet werden, welche in der Praxis häufig z.B. bei Wärmeübertragern vorkommen.

Es ist nun so, dass die Geschwindigkeit bei einer einzelnen Rohrreihe, die senkrecht zur Anströmung angeordnet ist, zwischen den Rohren ansteigt, so dass die Nußelt-Zahlen für angeströmte Einzelkörper angepasst werden müssen.

Sind die Rohre in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet, wird an den Rohren die Strömung abgelöst, was die Wärmeübergangszahlen beeinflusst. Die Berechnung kann dann so durchgeführt werden, dass die Nußelt-Zahlen für das quer angeströmte Einzelrohr (siehe vorherigen Abschnitt) herangezogen werden und für die Rohrbündel bzw. Rohrreihen, je nach geometrischer Anordnung der Rohre, Korrekturfaktoren eingeführt werden. 

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten die Rohrreihen anzuordnen (siehe folgende Grafik):

Rohrreihen Anordnung fluchtend versetzt

In der obigen Grafik sind die Rohrreihen zu sehen und die unterschiedliche Anordnung dieser (fluchtend, versetzt). Dabei ist $s_1$ der Abstand der Rohre senkrecht zur Strömungsrichtung und $s_2$ der Abstand der Rohre parallel zur Strömungsrichtung. Die Abstände werden immer von dem Mittelpunkt der Rohre aus gerechnet. Bezieht man nun den Durchmesser $d$ eines Rohres mit ein, so ergeben sich die dimensionslosen Abstände:

Methode

$b = \frac{s_2}{d}$

$a = \frac{s_1}{d}$

Die Anströmung für die 1. Rohrreihe ist wie bei der Anströmung von Einzelkörpern. Allerdings ist es nun so, dass die mittlere Geschwindigkeit zwischen den Rohren grrößer ist als die beim quer angeströmten Einzelrohr. Schon ab der 2. Rohrreihe ist die Anströmung nicht mehr wie die bei quer angeströmten Einzelrohren. Nach der 1. Rohrreihe erfolgt eine Ablösung der Strömung. Dies führt zu einer Steigerung des Wärmeübergangs. Das bedeutet, dass neben der Geschwindigkeit zusätzlich auch noch die Wärmeübergangszahl beeinflusst wird. Um die Berechnung für Rohrreihen durchführen zu können, wird bei der Berechnung zunächst von den Gleichungen aus dem vorherigen Abschnitt (quer angeströmte Einzelkörper) ausgegangen und dann für diese Korrekturfaktoren eingeführt. Diese Korrekturfaktoren werden in den folgenden Abschnitten eingeführt und erläutert.