Wärme- und Stoffübertragung
Bachelorstudiengang
Verfahrenstechnik, Umwelt- und Energieprozesstechnik, Wirtschaftsingenieur für Verfahrens- und Energietechnik
Ziele des Moduls (Kompetenzen)
Die Studierenden verstehen die Mechanismen der Wärme- und Stoffübertragung. Auf dieser Basis können Sie für verschiedene Fluide und Apparate Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten berechnen. Einfache Wärmeübertragungsprozesse können thermisch ausgelegt werden, wobei die Vielfältigkeit von geometrischen Lösungen bewusst ist. Dabei wird ein Verständnis für die Gegensätzlichkeit von Betriebs- und Investitionskosten sowie für die wirtschaftliche Auslegung erworben. Einfache Verdampfungsprozesse können bei noch vorgegebener Wärmezufuhr thermisch ausgelegt werden. Dabei erlernen sie Stabilitätskriterien zu beachten und anzuwenden. Die Studierenden können Wärmeverluste von Apparaten und Gebäuden berechnen sowie die Wirkung und die Wirtschaftlichkeit von Wärmedämmmaßnahmen beurteilen. Sie können Gleichgewichtsbeziehungen auf Transportvorgänge zwischen flüssigen und gasförmigen Phasen anwenden und sind somit befähigt, an den Modulen Thermische Verfahrenstechnik und Reaktionstechnik teilzunehmen.
Inhalt
- Arten der Wärmeübertragung (Grundgleichungen für Leitung, Konvektion und Strahlung), Erwärmung von thermisch dünnen Körpern und Fluiden (Newtonsches Kapazitätsmodel)
- Wärmedurchgang in mehrschichtigen Wänden, Wärmewiderstände, Wirkung von Wärmdämmungen und Rippen
- Konvektion, Herleitung Nusseltfunktion, laminare und turbulente Grenzschichten, überströmte Körper (Platte, Kugel, Rohre, Rohbündel), durchströmte Körper (Rohre, Kanäle, Festbetten), temperaturabhängige Stoffwerte, Prallströmungen (Einzeldüse, Düsensysteme), Freie Konvektion (Grenzschichten, Nu-Funktionen für verschiedene Geometrien)
- Verdampfung (Mechanismus, Nu-Funktionen, Stabilität von Verdampfer, Kühlvorgänge), Kondensation (Filmtheorie, laminare und turbulente Nu-Funktionen)
- Rekuperatoren (Gleich-, Gegen- und Kreuzstrom), Regeneratoren,
- Arten der Diffusion (gewöhnlich, nicht-äquimolar, Porendiffusion, Darcy, Knudsen), Stoffübergang
- Stationäre Vorgänge, Diffusion durch mehrschichtige Wände, Katalysatoren, Stoffübergang zwischen Phasen (Henry), Kopplung von Wärme- und Stoffübertragung am Beispiel Verdampfung
Lehrformen
Vorlesung, Übung
Voraussetzung für die Teilnahme
Technische Thermodynamik, Strömungsmechanik
Arbeitsaufwand
- Präsenzzeit: 42 Stunden
- Selbststudium: 108 Stunden
Leistungsnachweise/Prüfung/Credits
Klausur 120min, 5 CP
Modulverantwortlicher
Prof. Dr.-Ing. E. Specht
Schrifttum
E. Specht: Wärme- und Stoffübertragung in der Thermoprozesstechnik, Vulkan-Verlag.
Baer, Stephan: Wärme- und Stoffübertragung (Springer Verlag)
