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Praktikum - Versuch: Wärme- und Stoffübertragung - Doppelrohrwärmeübertrager Inhaltsverzeichnis 1 Theoretische Grundlagen 1.1 Allgemeines zu Wärmeübertragern 2 Aufgabenstellung 3 Versuchsdurchführung 3.1 Aufbau der Versuchsanlage 3.2 Durchführung der Messungen 4 Versuchsauswertung 4.1 Auswertung der 1. Versuchsreihe 4.2 Auswertung der 2. Versuchsreihe 4.3
Berechnung von 4.4
Berechnung von 5 Zusammenfassung 6 Anhang
Anhang 1: Tabelle aller Messergebnisse Anhang 2: Schematische Darstellung des verwendeten Wärmetauschers 1 Theoretische Grundlagen 1.1 Allgemeines zu Wärmeübertragern In einem Wärmeübertrager wird Wärme von einem Fluid hoher Temperatur auf ein Fluid niederer Temperatur übertragen. Dabei ergibt sich eine Temperaturänderung der Fluide im Wärmeübertrager, die wiederum für jede Bauart des Wärmeübertragers charakteristisch ist. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten wie man Wärmeübertrager technisch realisieren kann. In rekuperativen Wärmeübertragern wird kontinuierlich Wärme von einem heißen Fluid an ein kälteres Fluid übertragen. Regenerative Wärmeübertrager werden diskontinuierlich betrieben, d.h. die Wärme vom Fluid wird zunächst an eine feste Speichermasse übertragen, von der sie in einem zweiten Schritt an das andere Fluid abgegeben wird. Zu den gebräuchlichsten Bauarten der rekuperativen Wärmeübertrager zählen zum Beispiel Rohrbündelwärmeübertrager, Kreutzstrom-wärmeübertrager, Doppelrohrwärmeübertrager oder der Plattenwärme-übertrager.
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Abb. 1: Doppelrohrwärmeübertrager im Gleichstrombetrieb Der Wärmeübertrager kann nicht nur im Gleichstrom, wie in Abb. 1 gezeigt, sondern auch im Gegenstrom betrieben werden. Bei den jeweiligen Betriebsarten ergeben sich die in Abb. 2 unten dargestellten grundsätzlichen Temperaturverläufe.
Abb. 2: Temperaturverläufe im Gleich- und Gegenstromübertrager
Entsprechend der allgemein gebräuchlichen Konvention sind in der Abbildung die Temperaturen der eintretenden Fluidströme mit einem Strich und die der austretenden Fluidströme mit zwei Strichen gekennzeichnet. Außerdem wird für das warme Fluid, wie allgemein üblich, der Index 1 und für das kalte Fluid Index 2 verwendet. Der übertragene Wärmestrom Somit ergibt sich für den Wärmestrom die Formel:
Die Übertragungsfähigkeit selbst setzt sich aus der wärmeübertragenden Fläche A des Apparates und dem im Wärmeübertrager gültigen Wärmedurchgangs-koeffizienten zusammen.
2 Aufgabenstellung
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geeignete vorgeschaltete Apparate auf konstanten Temperaturen von 45°C bzw. 15°C gehalten.
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Massenstroms zurückzuführen. Bei steigender Strömungsgeschwindigkeit kann mehr
Wärme an den kalten Massenstrom abgegeben werden. Die mittlere treibende
Temperaturdifferenz
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Abb. 3: Ausgangstemperaturen in Abhängigkeit vom Massenstrom Betrachtet man den mittleren übertragenen Wärmestrom im Bezug auf den Massenstrom, so ergibt sich die in Abb. 4 gezeigte Kurve. Der mittlere übertragene Wärmestrom steigt dabei kontinuierlich mit zunehmenden Massenstrom an. Außerdem steigt die mittlere treibende Temperaturdifferenz und somit erhöht sich der Wärmedurchgangskoeffizient (Abb. 5) schwächer im Vergleich zum Wärmestrom. Das bedeutet aber auch, dass sich bei schwächer steigendem Wärmestrom der Wärmedurchgangskoeffizient stärker vergrößert.
4.2 Auswertung der 2. Versuchsreihe In der zweiten Versuchsreihe sollen die Temperaturverläufe über die Länge des Doppelrohrwärmeübertragers dargestellt werden. Das soll jeweils für Gleich- und Gegenstrombetrieb geschehen. In Abb. 6 ist der Temperaturverlauf aus Messung-Nr. 5 im Gegenstrombetrieb dargestellt.
Abb. 6: Temperaturverlauf im Gegenstrombetrieb Es ist sehr deutlich zu erkennen, dass bei Abkühlung des warmen Massenstroms sich der kalte Massenstrom dem entsprechend erwärmt. Dies ist ebenfalls auf alle anderen eingestellten Durchflüsse zutreffend.
Im Gleichstrombetriebt ergibt sich aus Messung Nr. 8 der in Abb. 7 ersichtliche Temperaturverlauf. Der sich wie folgt darstellen lässt:
Abb. 7: Temperaturverlauf im Gleichstrombetrieb | ||||||||||||
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aus den Messwerten
hängt
von der Übertragungsfähigkeit 
des Wärmeübertragers und
der mittleren treibenden Temperaturdifferenz zwischen dem warmen und kalten
Fluid ab. 
nimmt mit steigender
Geschwindigkeit zu und es ist ein verbesserter Wärmeübergang möglich. 
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