Beschreibung
Dieses Buch behandelt die Lehre von der konvektiven Wiirmeiibertragung in laminaren und turbulenten Stromungen sowie bei erzwungener und freier Konvek tion und setzt zugleich die "Grundgesetze der Wiirmeiibertragung" von U. Grigull, H. Grober und S. Erk in einer Reihe fort, deren erster Band "Wiirmeleitung" von U. Grigull und H. Sandner bearbeitet und 1979 erschienen ist. Der Band "Stofflibertra gung" wurde von A. Mersmann verfaBt und ist 1986 erschienen, Das Buch wendet sich in erster Linie an Studierende der Fachrichtungen Maschinen-und Chemiein genieurwesen, Verfahrens- und Energietechnik sowie Elektrotechnik an einer Technischen Universitiit. Es werden keine iiber das Vordiplom hinausgehenden speziellen Vorkenntnisse vorausgesetzt; die verwendeten mathematischen Metho den werden, soweit wie erforderlich, ausfiihrlich erliiutert. Das Buch ist als Lehrbuch konzipiert und zum Gebrauch neben den Vorlesungen wie auch als Repetitorium vor Priifungen gedacht. Neben den reinen Grundlagen werden auch eine Reihe von Gebrauchsformeln angegeben. Dadurch sol1en in keiner Weise bekannte Nachschlagewerke wie z. B. der VDI-Wiirmeatlas ersetzt werden. Viel mehr solI dem Studierenden, aber auch dem in der Praxis tiitigen Ingenieur gezeigt werden, wie man zu diesen Gebrauchsformeln kommt, d. h. aufwelchen Annahmen ihre Herleitung beruht und wo die Grenzen ihrer Anwendbarkeit liegen. Das Buch ist in drei Teile gegliedert. 1m ersten Teil werden die Grundgleichungen der Thermofluiddynamik, insbesondere die allgemeinen Grundgleichungen, die Reynoldsschen Gleichungen fUr den turbulenten Austausch und die Grenzschicht gleichungen fUr den laminaren und turbulenten Transport hergeleitet.
Autorenporträt
Inhaltsangabe1 Einleitung.- 1.1 Zum Begriff der Wärme.- 1.2 Wärmetransportmechanismen.- 1.3 Wärmedurchgang.- 1.4 Die Wirkung der Zähigkeit.- 1.5 Erzwungene und freie Konvektion.- 1.6 Laminare und turbulente Strömung.- 1.7 Stoffübertragung.- 1.8 Zur Geschichte der Wärmeübertragung.- 1: Grundgleichungen der Thermofluiddynamik.- 2 Impuls- und Wärmetransport in Fluiden.- 2.1 Grundlagen der Kontinuumsmechanik.- 2.1.1 Zum Begriff des Kontinuums.- 2.1.2 Kinematische Eigenschaften.- 2.1.3 Die Erhaltungssätze.- 2.2 Allgemeine Grundgleichungen.- 2.2.1 Kontinuitätsgleichung.- 2.2.2 Bewegungsgleichung.- 2.2.3 Energiegleichung.- 2.3 Kinetische Ansätze.- 2.3.1 Verzerrungstensor.- 2.3.2 Stokesscher Schubspannungsansatz.- 2.3.3 Fourierscher Wärmeleitungsansatz.- 2.4 Grundgleichungen für Newtonsche Fluide.- 2.4.1 Navier-Stokes-Gleichungen.- 2.4.2 Anfangs- und Randbedingungen.- 2.4.3 Gaskinetische Herleitung der Grundgleichungen.- 3 Turbulenter Impuls- und Wärmetransport.- 3.1 Stabilität und Turbulenz.- 3.1.1 Phänomenologie.- 3.1.2 Entstehung der Turbulenz.- 3.1.3 Beschreibung turbulenter Strömungen.- 3.2 Grundgleichungen für turbulenten Austausch.- 3.2.1 Reynoldssche Gleichungen.- 3.2.2 Transportgleichungen für die Reynoldsschen Terme.- 3.2.3 Das Schließungsproblem.- 3.3 Berechnung turbulenter Transportgrößen.- 3.3.1 Grundkonzepte zur Lösung des Schließungsproblems.- 3.3.1.1 Physikalische Eigenschaften turbulenter Strömungen.- 3.3.1.2 Das Wirbelviskositätsprinzip.- 3.3.1.3 Das Wirbeldiffusionsprinzip.- 3.3.2 Turbulenzmodelle.- 3.3.2.1 Das Null-Gleichungs-Modell.- 3.3.2.2 Das Ein-Gleichungs-Modell.- 3.3.2.3 Das Zwei-Gleichungs-Modell.- 3.3.3 Die turbulente Prandtlzahl.- 4 Grenzschichtströmung.- 4.1 Grenzschichtgleichungen für den laminaren Transport.- 4.2 Grenzschichtgleichungen für den turbulenten Transport.- 4.3 Turbulenzmodelle.- 4.3.1 Ein-Gleichungs-Modell.- 4.3.2 Zwei-Gleichungs-Modell.- 4.3.3 Turbulente Prandtlzahl.- 4.4 Geschwindigkeits- und Temperaturprofil in Wandnähe bei turbulenter Strömung.- 4.4.1 Das universelle Geschwindigkeitsprofil.- 4.4.2 Das universelle Temperaturprofil.- 5 Das Ähnlichkeitsgesetz der Wärmeübertragung.- 5.1 Einführung.- 5.2 Dimensionslose Kenngrößen aus den Differentialgleichungen.- 5.2.1 Erzwungene Konvektion.- 5.2.2 Freie Konvektion.- 5.3 Dimensionsanalyse.- 5.3.1 Freie Konvektion.- 5.3.2 Freie Konvektion bei schleichender Bewegung.- 5.3.3 Freie Konvektion bei Vernachlässigung der Reibung.- 5.4 Physikalische Bedeutung der Kenngrößen.- 5.5 Voraussetzungen und Grenzen der Ähnlichkeitslehre.- 5.6 Temperaturabhängige Stoffwerte.- 5.6.1 Allgemeines.- 5.6.2 Methode der Referenztemperatur.- 5.6.3 Methode der Stoffwertverhältnisse.- 2: Erzwungene Konvektion.- 6 Wärmeübergang bei laminarer Kanalströmung.- 6.1 Voll ausgebildete Strömung.- 6.1.1 Mathematische Formulierung.- 6.1.2 Rohrströmung (Kreisquerschnitt).- 6.1.2.1 Druckverlustkoeffizient.- 6.1.2.2 Wärmeübergangskoeffizient.- 6.1.2.3 Thermohydraulische Kenngrößen.- 6.1.3 Kanalströmung.- 6.1.3.1 Randbedingungen.- 6.1.3.2 Rechteck- und Dreieckskanäle.- 6.1.3.3 Konzentrischer kreisförmiger Ringspalt.- 6.2 Entwicklung der Strömung im Einlauf.- 6.2.1 Mathematische Formulierung.- 6.2.2 Strömung im Kreisrohr.- 6.2.2.1 Hydrodynamischer Einlauf.- 6.2.2.2 Thermischer Einlauf bei hydrodynamisch ausgebildeter Strömung.- 6.2.2.3 Gleichzeitiger thermischer und hydrodynamischer Einlauf.- 6.2.3 Parallele Platten.- 6.2.3.1 Hydrodynamischer Einlauf.- 6.2.3.2 Thermischer Einlauf bei hydrodynamisch ausgebildeter Strömung.- 6.2.3.3 Gleichzeitiger thermischer und hydrodynamischer Einlauf.- 6.2.4 Rechteckquerschnitte.- 6.2.5 Kreisringquerschnitte.- 6.3 Temperaturabhängige Stoffwerte.- 6.3.1 Mathematische Formulierung.- 6.3.2 Heizung und Kühlung.- 6.4 Spezielle Probleme.- 6.4.1 Berücksichtigung der Reibungswärme.- 6.4.2 Einfluß der axialen Wärmeleitung.- 6.4.3 Einfluß der freien Konvektion.- 7 Wärmeübergang bei turbulenter Rohrströmung.- 7.1 Voll entwickelte Rohrströmung.- 7.1.1 Mathematische Formul
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