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Tab. 5.9 Größenordnung der Einflussparameter und Gültigkeitsbereich in der Wärmeübertragung
bei freier Konvektion
Ra L = Gr L · Pr
C
n
Geometrie, charakt. Länge L , Formfaktor ε F
0.45
0
ε F =1
< 10 −3
10 −3 < Ra L < 5 · 10 2
1.18
1/8
g
5 · 10 2 < Ra L < 2 · 10 7 0.54
1/4
0.135 1/3
2 · 10 7 < Ra L < 10 13
a
L
L
L
ε F =1.3 Oberseite heiss
ε F =0.7 Unterseite heiss
ε F =1
Die örtlichen und die über die Plattenlänge L gemittelten Nusselt Zahlen Nu x bzw. Nu L
hängen von den thermischen Randbedingungen ( T W = konst. oder q W = konst.) ab und er-
geben sich bei laminarer Strömung zu:
1
4
P r 2
0 . 952 +
Gr x
·
= 4
3
N u x
= 0 . 508 ·
; N u L
·
N u x = L
für T w
= konst .
P r
1
5
P r 2
0 . 8 +
Gr x
·
= 5
4
N u x
= 0 . 616 ·
; N u L
·
N u x = L
für
q w
= konst .
P r
(5.103)
Der mittlere Wärmeübergang an senkrecht stehenden Flächen bei turbulenter Konvektion
( Ra L > 10 12 ) und konstanter Wandtemperatur ( T w = konst.) beträgt:
1 9
9
16
0 . 492
P r
2
1
6
N u L
=
0 . 825 + 0 . 387 ·
(Ra L
·
K (P r))
mit K ( P r )
=
1 +
.
(5.104)
Für Gase ist K ( Pr ) konstant und beträgt K ( Pr ) = 0.348.
Bei waagrechten Flächen endlicher Größe, beispielsweise einem Rechteck der Kanten-
länge a und b , wird die charakteristische Länge L wie folgt ermittelt:
a
·
b
L
=
b ) .
(5.105)
2 · ( a
+
Für diesen Fall ist im Weiteren zu unterscheiden, in welcher Richtung der Wärmetransport
von der Platte erfolgt.
• Wärmeabgabe auf der Plattenoberseite oder Kühlung der Unterseite (Fußbodenheizung
oder Kühldecke. Für T w = konst. ergibt sich:
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