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Experimentelle Prüfung der Analogie zwischen konvektiver Wärme- und Stoffübertragung bei nichtabgelöster Strömung

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Wärme - und Stoffübertragung Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Stoffübertragung für das System Naphthalin/Luft und Wärmeübertragung an Luft werden an der Platte mit laminarer und turbulenter Grenzschicht, in einem Rechteckkanal im Bereich des thermischen Analufs bei hydraulisch ausgebildeter turbulenter Strömung und am Kreisrohr bzw. Ringspalt bei vollausgebildeter Strömung gemessen. Die bekannten Gesetze bei Wärmeübertragung für Platte, Kreisrohr und Ringspalt in der Schreibweise für Stoffübertragung werden bestätigt. Die Gleichung vonElser für den thermischen Analufvorgang wird den Versuchsergebnissen angepaßt. Der Exponent der Prandtl- bzw. Schmidt-Zahl nimmt im Bereich 0,7<(Pr;Sc)<2,5 je nach Strömungsform Werte zwischen 0,33 und 0,67 an.

Abstract

Mass transfer for the system naphthalin/air and heat transfer with air were measured for the following geometries: a plate with laminar and turbulent boundary-layer, a rectangular channel with fully developed turbulent velocity distribution in the thermal entrance region, a pipe of circular cross-section, an annular both in fully developed turbulent flow. For the plate, pipe and annular, the results of the two measuring methods agree very well and confirm the well known laws of heat transfer.Elser equation for the thermal entrance region is adapted to the results. The exponent of the Prandtl and Schmidt numbers varies in the range of 0,7<(Pr;Sc)<2,5 between the values 0,33 and 0,67 depending on the state of flow.

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Abbreviations

A :

empirische Zahlenkonstante

B :

empirische Zahlenkonstante

A τ :

Austauschgröße für Impuls [kg/ms]

A q :

Austauschgröße für Wärme [kg/ms]

A S :

Austauschgröße für Stoff [kg/ms]

B :

Plattenbreite [m]

C f :

Widerstandsbeiwert

D :

Diffusionskoeffizient [m2/s]

F :

freier Strömungsquerschnitt [m2]

K :

empirische Zahlenkonstante

K h :

Korrekturfaktor für Stefanstrom

L :

Plattenlänge [m]

M :

relative Molekülmasse [g/mol]

P :

Gesamtdruck [N/m2]

R :

Gaskonstante [Nm/kg grd]

S :

Oberfläche [m2]

T :

absolute Temperatur [°K]

U :

benetzter Umfang [m]

W :

Strömungswiderstand [N]

a :

Temperaturleitfähigkeit [m2/s] Exponent

b :

Exponent

c p :

spezifische Wärme [J/kg grd]

d :

Rohrdurchmesser [m]

\(d_{hyd} = \frac{{4F}}{U}\) :

hydraulischer Durchmesser [m]

l :

charakteristische Bezugslänge [m]

\(\dot m\) :

Massenstromdichte [kg/m2s]

m :

Exponent

n :

Exponent

p :

Partial- bzw. Dampfdruck [N/m2]

q :

Wärmestromdichte [W/m2]

t :

Zeit [s]

u :

Exponent

\(\bar w\) :

mittlere Strömungsgeschwindigkeit [m/s]

y :

laufende Koordinate [m]

y*:

mittlere Lauflänge der Grenzschicht [m]

\(\bar \alpha \) :

mittlere Wärmeübergangszahl [W/m2grd]

\(\alpha = \frac{q}{{\vartheta _W - \vartheta _M }}\) :

örtliche Wärmeübergangszahl [W/m2grd]

\(\bar \beta \) :

mittlere Stoffübergangszahl [m/s]

β :

örtliche Stoffübergangszahl [m/s]

ϑ :

Temperatur [°C]

λ :

Wärmeleitfähigkeit [W/m grd]

ν :

kinematische Zähigkeit [m2/s]

ϱ :

Dichte [kg/m3]

ϕ :

Druckverlustbeiwert

ΔP :

Druckverlust [N/m2]

ΔG :

Gewichtsverlust [kg]

Pr=ν/a :

Prandtl-Zahl

Sc=ν/D :

Schmidt-Zahl

Le=a/D :

Lewis-Zahl

Pr t=A τ/A q :

turbulente Prandtl-Zahl

Sc t=A τ/A S :

turbulente Schmidt-Zahl

Re=ie225-8 ·l/ν :

Reynolds-Zahl

Nu=α ·l/λ :

Nusselt-Zahl

Sh l=β · l/D :

Sherwood-Zahl

St=Nu/Re Pr :

Stanton-Zahl

St′=Sh/ReSc :

Stanton-Zahl für Stoffübertragung

j W=St Pr 1−n :

Wärmeübertragungskoeffizient

j S=St′ Sc 1−n :

Stoffübertragungskoeffizient

Tu %:

Turbulenzgrad

A:

Stoff eines Zweistoffsystems

L:

Luft, Plattenlänge

M:

Mischung, bezogen auf den Massenstrom

N:

Naphthalin

S:

Stoffübertragung

W:

Wand; Wärmeübertragung

a, i:

außen, innen

0:

Bezugszustand

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Authors and Affiliations

  1. Jülich

    K. H. Presser

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  1. K. H. Presser
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Presser, K.H. Experimentelle Prüfung der Analogie zwischen konvektiver Wärme- und Stoffübertragung bei nichtabgelöster Strömung. Wärme- und Stoffübertragung 1, 225–236 (1968). https://doi.org/10.1007/BF00763900

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