Basismodul Wärme- und Stoffübertragung I

Credits Workload Kontaktzeit Selbststudium Dauer
7 CP210 h 4 SWS (42 h)168 h1 Semester

Teilnahmevoraussetzungen

Notwendige Voraussetzungen (z.B. andere Module)

  • Thermodynamik
  • Höhere Mathematik I-III

Empfohlene Voraussetzungen (z.B. andere Module, Fremdsprachenkenntnisse, ...)

  • Strömungsmechanik I
  • Voraussetzung für (z.B. andere Module)
  • Wärmeübertrager und Dampferzeuger

Lehrveranstaltungen

Veranstaltung/ Lehrform CP SWS Häufigkeit
Vorlesung Wärme- und Stoffübertragung 7 CP 2 SWS WS, jährlich
Übung Wärme- und Stoffübertragung   2 SWS WS, jährlich

Prüfungsleistung

2-stündige Klausur oder 15- bis 45-minütige mündliche Prüfung.

Note

Die Modulnote ist die Note der Klausur bzw. der mündlichen Prüfung.

Lernergebnisse / Kompetenzen

Fachbezogen:

Nach erfolgreich abgelegter Prüfung sind Studenten in der Lage, die Wärme- und Stoffübertragungsmechanismen Strahlung, Wärmeleitung, Diffusion und Konvektion im Rahmen ingenieurwissenschaftlicher Problemstellungen zu identifizieren. Sie sind fähig, die Einflussgrößen dieser Transportmechanismen in Form von dimensionslosen Kennzahlen zu formulieren. Sie sind mit der Analogie zwischen Wärme- und Stoffübertragung vertraut. Sie sind ferner in der Lage, die Zulässigkeit verschiedener vereinfachender Annahmen zu beurteilen, die in Bezug auf die Beschreibung technischer Systeme relevant sind. Die Studenten beherrschen die mathematische Beschreibung und analytische Lösung der Problemstellungen und die Interpretation der Ergebnisse im Hinblick auf eine gegebene Anwendung.

Inhalte

1. Einleitung Mechanismen des Wärmetransports

1.1 Wärmestrahlung

1.2 Wärmeleitung

1.3 Konvektion

2. Wärmestrahlung

2.1

  • Strahlungseigenschaften
  • Wellen-/Quantencharakter
  • Stefan-Boltzmannsches Gesetz
  • Plancksches Verteilungsgesetz
  • Reflexion, Absorption, Transmission
  • Kirchhoffsches Gesetz
  • Richtungsabhängige und diffuse Strahlung

2.2 Strahlungsaustausch

2.2.1 Strahldichte

2.2.2 Strahlungsaustausch zwischen zwei Körpern

  • Strahlungsaustausch zwischen zwei unendlich ausgedehnten grauen Platten
  • Strahlungsaustausch zwischen zwei sich umschließenden grauen Körpern

2.3 Gasstrahlung

3. Wärmeleitung

3.1 Differentialgleichung des Temperaturfeldes

3.2 Stationäre, eindimensionale Wärmeleitung ohne Quellen

3.2.1 Ebene Wände mit vorgegebenen Oberflächentemperaturen

3.2.2 Rohrwand mit vorgegebenen Oberflächentemperaturen

3.2.3 Ebene Wände mit konvektivem Übergang

3.2.4 Rohrwand mit konvektiven Wärmeübergang

3.2.5 Wärmeleitung in Rippen Stabrippen und ebene Rippen Kreisrippen

3.3 Stationäre, eindimensionale Wärmeleitung mit Wärmequellen

3.4 Instationäre Wärmeleitung ohne Wärmequellen

3.4.1 Körper mit sehr großer Wärmeleitfähigkeit

3.4.2

Eindimensionale instationäre Wärmeleitungsprobleme

Halbunendliche Platte mit aufgeprägter Wandtemperatur

Halbunendliche Platte mit nichtvernachlässigbarem Wärmeübergangswiderstand

Halbunendliche Platte mit zeitlich veränderlichen Oberflächentemperaturen

3.4.3 Dimensionslose Kennzahlen und Diagramme zur Beschreibung von Wärmeleitungsvorgängen

4. Konvektion

4.1 Erhaltungsgleichungen für laminare, stationäre, zweidimensionale Strömungen

4.1.1 Kontinuitätsgleichung

4.1.2 Impulsgleichungen (Bewegungsgleichungen)

4.1.3 Energiegleichung

4.2 Erzwungene Konvektion Grenzschichtgleichungen für laminare, stationäre Strömungen

4.2.1 Exakte Lösungen der Grenzschichtgleichungen Analogie zwischen Impuls- und Wärmeaustausch

4.3 Natürliche Konvektion Grenzschichtgleichungen für laminare, stationäre Strömungen

4.4 Wärmeübertragung in turbulenten Strömungen

4.5 Anwendung der Ähnlichkeitstheorie zur Darstellung von Wärmeübertragungsgesetzen

5. Wärmeübergangsgesetze

5.1 Vorbemerkungen

5.2 Zusammenstellung von Wärmeübergangsgesetzen

5.2.1 Wärmeübergangsgesetze für erzwungene Konvektion Umströmte Körper

5.2.2 Erzwungene Konvektion Durchströmte Körper

5.2.3 Natürliche Konvektion Umströmte Körper

5.2.4 Natürliche Konvektion Geschlossene Räume

6. Stoffübertragung

6.1 Stofftransport durch Diffusion

6.2 Stofftransport in einem strömenden Medium

6.3 Diffusiver Stoffübergang an einer Oberfläche

6.4 Analogie zwischen der Wärme- und der Stoffübertragung

6.5 Verdunstung an einer flüssigen Oberfläche

7. Literatur

8.

  • Anhang
  • Anhang A Stoffwerte
  • Anhang B Funktionen
  • Mathematische Formelsammlung

Modulzuordnung

Master of Science: Fach Grundlagen des Maschinenbaus

Disclaimer

Bitte beachten Sie, dass im Zweifel (z.B. sich widersprechende Angaben auf der Website und dem Modulhandbuch) für Ihr Studium immer die Angaben in der aktuellen Bachelorprüfungsordnung mit den entsprechenden Anhängen verbindlich sind. Wenden Sie sich bitte an die Fachstudienberatung, wenn Ihnen Unstimmigkeiten auffallen.