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Tabelle 2.41■
Größenordnung für Wärmedurchgangskoeffizienten bei turbulenten Strömungen
k
D
(in W/(m
2
· K))
Konstellation (Fluid außen/Fluid innen)
Rohr (Gas/Gas)
20
Rohr (Gas/Flüssigkeit)
50
Rippenrohr (Gas/Flüssigkeit)
200
Rohr (Flüssigkeit/Gas 200 bar)
300
Rohr (Wasser/Wasser)
1 200
Rohr (Wasser/Öl)
200
Rohr (Flüssigkeit/kondensierender Dampf)
1 000
Der über die Wände übertragene Wärmestrom führt zu einer Enthalpieänderung auf der
Innen- und der Außenseite:
Q m
D
(2.132)
was mit einer Temperaturänderung der Mengenströme und/oder mit einem Phasenübergang
verbunden ist. Ohne Phasenübergang und bei konstanter spezifischer Wärmekapazität geht
Gl. (2.132) über in:
(
)
Q
=
mc
T
T
−
(2.133)
p
Aus
Ein
2.8.4.2■Rohre mit Rippen oder Nadeln
Analysiert man die Wärmedurchgangskoeffizienten für eine Abkühlung oder Erwärmung
einer durch ein Rohr oder einen Kanal strömenden Flüssigkeit durch ein umströmendes
Gas, so stellt man fest, dass der Wärmeübergang auf der Gasseite limitierend ist. Das
Erreichen eines großen Wärmestroms erfordert somit sehr große Gasgeschwindigkeiten,
was die Wärmeübertragung unökonomisch macht. Ein Ausweg ist das Anbringen von
Rippen
(s. Tabelle Anhang A6) aus einem gut wärmeleitenden Material auf der Gasseite.
Durch die Rippen werden das Strömungsfeld auf der Außenseite und das Temperaturfeld
in der Rohr- bzw. Kanalwand beeinflusst, sodass eine Veränderung des -Wertes sowohl
der Grundfläche als auch an den Rippenflächen auftreten wird. Bei der näherungsweisen
Berechnung der Wärmeübertragung durch berippte Oberflächen besteht aber eine übliche
und nur mit einem relativ kleinen Fehler behaftete Methode darin, den -Wert für die
Gesamtoberfläche vom unberippten Bauteil zu übernehmen, aber den Term
A
durch
(
)
−+
bei berippten Rohren zu ersetzen. Der Rippenwirkungsgrad
R
bezieht
den Wärmeübergang über die Rippe auf den Wärmestrom, der sich ergeben würde, wenn an
der gesamten Rippenoberfläche die Temperatur des Rippenfußes (die wiederum vereinfacht
der Temperatur der unberippten Grundfläche gesetzt wird) vorliegen würde.
R
ist stets < 1
und wird durch die Form sowie die Abmessungen der Rippen bestimmt. Ausgangspunkt
für die Berechnung von
R
ist die Bilanz des konvektiv übertragenen und des durch die
Rippe fließenden Wärmestroms, wobei nachfolgend das Material der Rippe und das der
Grundfläche identisch sein soll. Bei Berücksichtigung einer variablen Querschnitts-
( )
AA
A
R
RR
Ax
und Mantelfläche
( )
Mx
gilt somit:
