Die Grundbegriffe des Wärmeaustausches

Zusammenfassung

Temperaturunterschiede in einem Körper gleichen sich stets im Laufe der Zeit dadurch aus, daß Wärme von den Stellen höherer Temperatur nach denen niederer Temperatur abströmt. Dieser Vorgang spielt sich in allen in der Natur vorkommenden Stoffen ab, in festen Körpern wie in Flüssigkeiten und Gasen. Die Kenntnis der Gesetzmäßigkeiten, nach denen er verläuft, ist für die gesamte Technik von großer Bedeutung, da wir dadurch die Mittel in die Hand bekommen, den Wärmefluß in gewünschter Weise zu steuern. Dabei kann einmal die Aufgabe gestellt sein, die Wärmeströmung möglichst zu begünstigen. Dies ist beispielsweise bei den Wärmeaustauschern der Wärme-, Heiz- und Kühltechnik und der chemischen Industrie der Fall. Auch in den Wärmekraftmaschinen tritt diese Aufgabe immer wieder an uns heran. Eine solche Kraftmaschine besteht nach den Lehren der Thermodynamik im Prinzip aus zwei Wärmespeichern verschiedener Temperatur, zwischen welche die Arbeit leistende Maschine geschaltet ist. Dabei wechselt häufig der Wärmeträger im Laufe des Arbeitsprozesses. Die Wärme muß dann mit möglichst kleinem Temperaturgefälle zwischen den einzelnen Wärmeträgern ausgetauscht werden. Bei der Dampfkraftanlage ist die Wärme zunächst an die Rauchgase gebunden. Im Dampfkessel wird sie an den Dampf weitergegeben. Im Kondensator gibt der Dampf seine Wärme an das Kühlwasser ab und im Kühlturm endlich wird sie an die Luft abgeführt. Bei den Verbrennungsmotoren fällt zwar diese Art des Wärmeaustausches weg, da die Wärme durch Verbrennung unmittelbar in der arbeitleistenden Luft erzeugt und die Abwärme auch gemeinsam mit den Abgasen aus der Maschine ausgestoßen wird. Trotzdem ist auch für den Bau der Verbrennungsmotoren die Beherrschung des Wärmeübergangs von großer Bedeutung, denn es müssen hier die Zylinderwandungen durch Kühlung mit Luft oder Wasser auf Temperaturen gehalten werden, die der Werkstoff noch verträgt. Deshalb ist die zulässige Leistungsabgabe im Zylinder eines Hochleistungsmotors heute sehr wesentlich durch Kühlprobleme bestimmt. Auch für Gasturbinen, die in immer stärkerem Maße in das Stadium der Betriebsreife kommen, ist die Beherrschung der Wärmeübergangsfragen von grundlegender Bedeutung.