Ingenieurwissenschaften Thermodynamik – Wärmeübertragung
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15 KartenWelche drei Wärmeübertragungsarten gibt es?
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Wärmeleitung (Konduktion), Wärmeströmung (Konvektion) und Wärmestrahlung (Radiation) – alle drei können gleichzeitig auftreten.
Was besagt das Fouriersche Gesetz der Wärmeleitung?
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Der Wärmestrom ist proportional zum negativen Temperaturgradienten und der Querschnittsfläche: q = -λ · A · dT/dx.
Wie lautet das Newtonsche Kühlungsgesetz für Konvektion?
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Der konvektive Wärmestrom ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen Wand und Fluid: q = α · A · (T_Wand - T_Fluid).
Was beschreibt die Stefan-Boltzmann-Gleichung?
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Die Strahlungsleistung eines schwarzen Körpers ist proportional zur vierten Potenz seiner absoluten Temperatur: q = ε · σ · A · T⁴.
Was versteht man unter dem Wärmeübergangskoeffizienten k (U-Wert)?
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Gesamtwärmeübergangskoeffizient, der alle Wärmewiderstände (Konvektion, Leitung, Strahlung) in einer Größe zusammenfasst: 1/k = Σ R_i.
Wann wird die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz (LMTD) verwendet?
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Bei Wärmetauschern mit konstanter U-Wert-Annäherung zur Berechnung des mittleren Temperaturunterschieds: ΔT_lm = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2).
Was gibt die Nusselt-Zahl (Nu) an?
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Verhältnis von konvektivem zu leitendem Wärmetransport im Fluid: Nu = α · L / λ – dimensionslose Kennzahl für Konvektionsstärke.
Welche dimensionslosen Kennzahlen bestimmen die Zwangskonvektion?
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Nusselt-Zahl als Funktion von Reynolds-Zahl (Strömung) und Prandtl-Zahl (Stoffeigenschaft): Nu = f(Re, Pr).
Was bedeutet die Biot-Zahl (Bi) und wann ist sie klein?
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Verhältnis innerer Wärmeleitwiderstand zu äußerem ÜbergangsWiderstand: Bi = α·L/λ. Bi < 0,1: Temperatur im Körper annähernd konstant (lumped capacity).
Was ist der kritische Isolierradius bei Rohrleitungen?
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Radius, bei dem der Wärmeverlust maximal wird: r_krit = λ_Isolierung / α_außen. Darüber isoliert weitere Dämmung besser.
Wie unterscheiden sich Gleichstrom- und Gegenstrom-Wärmetauscher thermisch?
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Gegenstrom erreicht höhere Temperaturänderungen und größere mittlere ΔT – daher geringere Fläche für gleiche Leistung bei gleichem U-Wert.
Was beschreibt die NTU-Wirksamkeits-Methode (ε-NTU)?
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Wirksamkeit ε = tatsächlicher Wärmestrom / maximal möglicher Wärmestrom als Funktion von NTU = k·A/C_min und C_min/C_max.
Was ist der Unterschied zwischen Rippenwirkungsgrad und Rippennutzen?
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Wirkungsgrad: Verhältnis tatsächlicher zu idealem Wärmestrom der Rippe. Nutzen: Verhältnis Wärmestrom mit Rippe zu ohne Rippe.
Wie berechnet man den Strahlungswärmeübergang zwischen zwei grauen parallelen Platten?
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q = σ·(T₁⁴-T₂⁴) / (1/ε₁ + 1/ε₂ - 1) – berücksichtigt Emissionsgrade beider Oberflächen über Strahlungswiderstände.
Was versteht man unter thermischem Kontaktwiderstand?
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Zusätzlicher Temperaturabfall an Grenzflächen unebener Körper durch Luftspalte – depends auf Oberflächenrauheit, Kontaktkraft und Umgebungsgas.