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Thema: Wärmedurchgang berechnen

  1. #1
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    Ein Hallo allerseits,

    für eine Bacherlothesis bin ich grad auf und an das thermische Verhalten eines Vollzylinder zu berechnen. Es gibt zwar sehr sehr gute Literaturen zur Berechnung vom thermischen Einfluss (wie z.B. der Wärmeatlas), jedoch verwirrt es mich eher mehr, als das es mir einen Lösungsansatz bietet. Ich hoffe das ich hier bei euch Richtig bin.

    Grob und einfach beschrieben geht es um einen Vollzylinder aus Edelstahl der im Rohr über eine Salzschmelze sitzt. Oberhalb vom Zylinder ist die Umgebungsluft und zwischem Zylinder und der Salzschmelze soll ein Raum mit Stickstoff sich befinden. Gerne möchte ich nun den Temperaturgradienten, ausgehend von der Salzschmelze Oberfläche bis hin zur Umgebungsluft axial bestimmen.

    die Schichten nochmal Zusammengefasst:
    Umgebungsluft (23°C): λu = 0,0263 W/mK ,
    Vollzylinder: λ = 15 W/mK mit der Länge 100mm,
    Gas-Stickstoffschicht: λ = 0,0260 W/mK mit 20 mm und
    flüssige Salzschmelze (400°C).

    Weitere Information von der Salzschmelze istz mir leider nicht bekannt, wie z.B die Emissionsgrad oder so.

    Nun verwirrt es mich sehr, wie die verschiedenen Wärmetransport (Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung) dabei miteinander gekoppelt bzw zu berechnen sind.

    Ich würde mich riesig freuen wenn da jemand sein Wissen und Zeit inverstieren könnte

    Ansonszen viele Grüße
    Dennis
    Zitieren Zitieren Wärmedurchgang berechnen  

  2. #2
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  3. Folgender Benutzer sagt Danke zu borromeus für den nützlichen Beitrag:

    stylophonics (13.07.2016)

  4. #3
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    Schneller gehts nicht

  5. #4
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    In der Tat ^^
    man kann schon sagen, dass es hier lebhaft zugeht

  6. #5
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    Zitat Zitat von stylophonics Beitrag anzeigen
    Nun verwirrt es mich sehr, wie die verschiedenen Wärmetransport (Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung) dabei miteinander gekoppelt bzw zu berechnen sind.
    Jo...

    Ich hab vor ein par Jahren auch mal einige Modelle im Bereich Thermodynamik bzw. Wärmetranspport erstellt...

    zuerst mal die Frage, willst Du ein physikalisches Modell am Schreibtisch entwickeln? Oder kannst Du Messungen an der realen Anlage machen?

    Vom Prinzip setzt sich das physikalische Modell immer aus mehreren Teilmodellen zusammen welche dann gekoppelt (über z.B. die Temperatur ) werden... Dabei wird die Wärmeleitung im Zylinder noch einfach realisierbar sein. Der Wärmeübergang vom Salz zum Stickstoff und dann Sickstoff zum Zylinder ist schwieriger. Da kannst Du eigentlich eh nur die qualitative physikalische Formel aufstellen, aber die Parameter der Formel musst Du mit Identifizierungsmessungen bestimmen. Dafür brauchst Du aber zusätzliche Messtechnik in der Anlage...

    Variante 2 wäre, du machst es nicht physikalisch sondern gehst regelungs/theoretisch an die Sache ran. Dafür gibts sicherlich wieder extra Literatur. Also Du überlegst Dir nen Verhalten des Gesamtsystems (PT1/PT2) oder sonstwas lineares und bestimmst dann mit Messungen die Parameter des Verhaltens...

    Dafür gibts dann in Matlab/Simulink auch Tools bzw. Möglichkeiiten der Parameterschätzung...

    Wofür soll das ganze gut sein?

    In welche Richtung soll denn die Bachelorarbeit gehen? Regelungstechnik, Physik, Verfahrenstechnik??? was hast Du studiert?

    Gruß.

    PS: willst Du das ganze dynamisch betrachten oder willst Du nur statisch den staionären/eingeschwungenen Zusatnd betrachten...?
    Geändert von ducati (14.07.2016 um 11:39 Uhr)

  7. #6
    stylophonics ist offline Neuer Benutzer
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    Hallo Ducati,

    ich studiere Mechatronik. Sprich meine Aufgabe umfasst auf dem Gebiet der Technik eine relativ breite Facette. Die Herausforderung meine Aufgabe ist, dass ein Platz/System für die Herstellung von Glasfaserkomponenten konstruktiv entwickelt werden soll mit div. Überwachungsprozess Möglichkeiten. Es wird auch zeitnah später dann gefertigt und getestet.
    Um deine Frage zu beantworten: das Modell wird erst am Schreibtisch entwickelt.

    Die thermische Berechnung dient unter anderem für die Dokumentation meiner Arbeit.

    Ja, das sehe ich genauso. Die Berechnung der Wärmeleitung im Material an sich ist nicht allzu schwer. Jedoch die Konvektion bzw. die Wärmestrahlung stellen für mich eine riesige Herausforderung dar - jetzt bereue ich, dass ich die Thermo-Dynamik nicht besucht habe.

    Mir geht es zunächst eigentlich nur um die theoretische Berechnung.


    Grüße zurück

  8. #7
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    OK.

    Also für Wärmestrahlung und Konvektion gibts schon Formeln... nur sind die Paramter dafür halt meist nicht so, wie dann später in der Realität... also wie gesagt. Mehrere Teilmodelle erstellen und die Verbindung ist dann die Temperatur bzw. der Wärmestrom.

    Wenn das ganze dynamisch werden soll, dann kann ich das Buch hier empfehlen:

    https://www.amazon.de/Modellbildung-...dp/3486596551/

    Ist relativ praxisnah erklärt, wie man prinzipiell solche Modelle aufbauen kann.

    Wenns statisch sein soll, fällt mir jetzt spontan auch kein "einfaches" Buch ein.

    Gruß.

  9. #8
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    Hallo,

    ich muss grad ziemlich schmunzeln ^^. Dieses Buch auf Amazon ist von meinem Dozenten in Karlsruhe, er unterrichtet u.a. Regelungstechnik - welch ein lustiger Zufall

    Das ganze soll statisch betrachtet werden. Abgesehen vom Umgebungsluft, wenn das keine allzu große Einwirkung hat :P
    Danke für den Tipp, um erhlich zu sein wollte nur diese gewisse Parameter ermitteln/herausfinden und damit quasi um dem Daumen peilen. Das ganze noch in Matlab etc zu simulieren würde mein Horizont sowie den Rahmen eines Bachelorthesis sprengen.

    aber dennoch lieben Dank für deine Bemühungen!

    viele Grüße
    Dennis

  10. #9
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    Wenns statisch sein soll, ist es dann einiges einfacher

    Wenn ich mich recht entsinne, gabs da irgedwo den Ansatz die ganze Geschichte als eine "Reihenschaltung" von thermischen Widerständen zu betrachten...

    Also der Gesamtwärmestrom welcher von dem Salz bis zur Umgebungsluft "fließt" kann man aus der Reihenschaltung der einzelnen thermischen Widerstände bestimmen. Also als Analogie zum Ohmschen Gesetz I=U/R wobei dann I der Wärmestrom, U die Temperaturdifferenz und R der thermische Widerstand wäre... Die genauen Formeln hab ich aber nicht im Kopf, bin grad auf der Baustelle...

    Die einzelnen thermischen Widerstände wären:

    Wärmeübergang Salz -> Stickstoff (Strahlung und Konvektion)
    Konvektion bzw. Wärmeleitung im Stickstoff
    Wärmeübergang Stickstoff -> Metall
    Wärmeleitung im Metall
    Wärmeübergang Metall -> Umgebungsluft (Strahlung und Konvektion)

    Das sollte so als erste Näherung funktionieren, hab jetzt aber nicht das Buch parat, wo der Ansatz mit den Thermischen Widerständen gut erläutert wird.

    Ansonsten ist das ganze aber sicherlich nicht linear, also in Abhängigkeit verschiedener Parameter sind u.A. die Wärmeüberganskoeffizienten nicht konstant und somit Deine thermischen Widerstände auch variabel...

    Gruß.

  11. #10
    stylophonics ist offline Neuer Benutzer
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    sag das bitte nicht, dass es einfacher ist ^^' für mich ist zumindest eine Mamut Aufgabe

    Ja, die Formeln habe ich mehr oder weniger Parat. Es ist mir Bloß rätselhat, wie die auf die Wärmeübergangskoeffizienten für die Berechnung der Konvektion kommen. Zudem möchte ich über die einzelne Bauteil ein Temperaturverlauf zeichnen.
    Ich weiß ja nicht mal wirklich welche Wärmetransporte im Stickstoff bereich existieren bzw. wie diese zu verechnen sind.

    Stimmt, die Koeffizienten sind ja auch noch Temperabhängig - oh wei oh wei ^^

    Grüße

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