Berücksichtigung veränderlicher Wärmeübergangskoeffizienten und Wärmekapazitäten bei der Bemessung von Wärmeaustauschern

Zusammenfassung

Die in einem Wärmeaustauscher für eine bestimmte Temperaturänderung zweier Stoffströme erforderliche Austauschfläche läßt sich nach bekannten Verfahren leicht bestimmen, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient und die Wärmekapazitäten der Medien entlang der Austauschfläche konstant sind. Sind sie veränderlich, so lassen sich die gleichen Verfahren anwenden, wenn man für die veränderlichen Größen geeignete Mittelwerte einsetzt. Zur Bildung dieser Mittelwerte wird ein einfaches Näherungsverfahren abgeleitet. Hierbei muß man je nach Veränderlichkeit und gewünschter Genauigkeit die Wärmeübergangskoeffizienten und die Wärmekapazitäten für die erste Näherung an einer, für die zweite an zwei Stellen des Wärmeaustauschers berechnen. Anhand eines Beispiels aus der Wärmestrahlung wird gezeigt, daß auch bei stark temperaturabhängigen Wärmeübergangskoeffizienten die zweite Näherung sehr genaue Ergebnisse liefert. Auch die erste Näherung ist im Vergleich zu anderen Verfahren recht gut und dürfte in vielen Fällen ausreichend genau sein.

Abstract

The area necessary to effect a certain change of temperature of two fluids flowing through a heat exchanger can be calculated by well-known methods if the coefficients of heat transmission and heat capacity along the heat transferring surfaces are constant. In cases where these coefficients are variable the same methods are applicable if suitable averages are introduced. A simple approximation to determine these averages is deduced. In this method, depending on the extent of unsteadiness or the desired accuracy, one has to calculate the heat transfer coefficients and specific heats either, for the first approximation, at one point of the heat exchanger or, for the second approximation, at two points. An example with heat radiation shows that even with extremely temperature-dependent heat transfer coefficients the second approximation yields excellent results. The first approximation also is quite good compared with other methods and should be quite satisfactory in many applications.