Wie wird Wärme übertragen?

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Ein interessanter Zweig der Physik ist die Thermodynamik, insbesondere für das Verständnis von Druckluftkompressoren. In diesem Artikel sprechen wir über die Wärmeübertragung, aber zunächst folgt eine Einführung in die Thermodynamik.

Wie wird Wärme übertragen?

Wie Wärme übertragen wird

Jede Temperaturdifferenz innerhalb eines Körpers oder zwischen verschiedenen Körpern oder Systemen führt zur Wärmeübertragung, bis ein Temperaturausgleich erreicht ist. Diese Wärmeübertragung kann auf drei verschiedene Weisen erfolgen:

  • durch Wärmeleitung
  • durch Wärmekonvektion
  • durch Wärmestrahlung

In realen Situationen erfolgt die Wärmeübertragung auf alle drei Arten gleichzeitig, aber nicht in gleichem Maße.

Formel für die Wärmeübertragung durch Leitung

Die Wärmeleitung ist die Übertragung von Wärme durch direkten Kontakt zwischen Partikeln. Sie findet zwischen Festkörpern oder zwischen dünnen Schichten einer Flüssigkeit oder eines Gases statt. Schwingende Atome geben einen Teil ihrer kinetischen Energie an die benachbarten Atome ab, die weniger schwingen.

Formel für die Wärmeübertragung durch Konvektion

Die Wärmekonvektion ist die Wärmeübertragung zwischen einer heißen festen Oberfläche und dem angrenzenden stationären oder beweglichen Fluid (Gas oder Flüssigkeit), verstärkt durch die Vermischung eines Teils der Flüssigkeit mit dem anderen. Sie kann als freie Konvektion auftreten, indem eine natürliche Bewegung in einem Medium als Ergebnis von Dichteunterschieden aufgrund von Temperaturunterschieden stattfindet. Sie kann auch als erzwungene Konvektion in einer Fluid-Bewegung auftreten, die durch mechanische Einwirkung verursacht wird, z. B. durch einen Ventilator oder eine Pumpe. Die erzwungene Konvektion sorgt für eine deutlich höhere Wärmeübertragung aufgrund höherer Mischgeschwindigkeiten.

Wärmeübertragung durch Strahlung

Die Wärmestrahlung ist die Wärmeübertragung durch den leeren Raum. Alle Körper mit einer Temperatur über 0 °K strahlen Wärme in Form elektromagnetischer Strahlung in alle Richtungen ab. Wenn Wärmestrahlen auf einen Körper treffen, wird ein Teil der Energie absorbiert und umgewandelt, um diesen Körper zu erwärmen. Die Strahlung, die nicht vom Körper absorbiert wird, durchdringt diesen oder wird reflektiert. In realen Situationen findet die Wärmeübertragung als Kombination aus der Wärmeübertragung durch Leitung, Konvektion und Strahlung statt.

Die Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher ist an jedem Punkt eine Funktion der vorherrschenden Temperaturdifferenz und des Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten. Sie erfordert die Verwendung der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz Өm anstelle des linearen arithmetischen ΔT.

 Formel für mittlere logarithmische Temperaturdifferenz

Die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz ist definiert als das Verhältnis zwischen den Temperaturdifferenzen auf den beiden Anschlussseiten des Wärmetauschers gemäß dem folgenden Ausdruck:

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