Profil und Zielsetzung

In der Veranstaltung Wärme- und Stofftransport werden die grundlegenden Transportmechanismen sowie deren mathematische und anschauliche Beschreibungen eingeführt. Die Vertiefung erfolgt in vorlesungsbegleitenden Übungen anhand Beispielen aus der Energiesystemtechnik.

Zunächst wird aufbauend auf die Thermodynamik und die Beschreibung der Energieumwandlung im 1. Hauptsatz die Abgrenzung zu den Ansätzen zur Kinetik bzw. dem Transport von Wärme und Stoffen vermittelt, die als Auslegungsbasis für die technischen Wärmetauscher dienen. Grundsätzliche Strömungsverschaltungen (Gleichstrom, Gegenstrom und Kreuzstrom) und deren mathematische Darstellung werden besprochen. Es werden die Mechanismen der stationäre und instationäre Wärmeleitung (Fourier-Gesetz), der erzwungenen und freien Wärmekonvektion (Newton-Ansatz) und die Wärmestrahlung erläutert und in verfahrenstechnischen Beispielen und Übungen jeweils vertieft. Es wird das Ähnlichkeitsprinzip des Wärmeübergangs nach Nußelt eingeführt und charakteristische dimensionslose Kennzahlen aus Massen-, Impuls- und Energiebilanzen hergeleitet. Für die häufigen Anwendungen der erzwungenen und freien Wärmekonvektion werden Ansätze für Nußelt bereitgestellt und in Aufgaben geübt. Der gekoppelte Wärme- und Stoffaustausch wird am Mollier-Diagramm für feuchte Luft für alle gängigen verfahrens- und klimatechnische Prozesse erläutert und mittels grafischer und rechnerischer Methoden geübt. Der Stofftransport wird für diffusive Vorgänge anhand des kinetischen Fickschen-Ansatzes erläutert und insbesondere für die Kondensation vermittelt. Abschließend wird auf die Phasengleichgewichte im idealen Fall für binäre Stoffsysteme eingegangen und das thermische Trennverfahren der Rektifikation erläutert.

Praktika und Übungen

• Durchführung und Auswertung von Wärmeübertragungsversuchen im Technikumsmaßstab
• Doppelrohrwärmetauscher
• Wärmetransport in der Wirbelschicht
• Kompressionskältemaschine
• Trocknungsprozess in der Klimakammer