Wärmeaustauscher, Softcover reprint of the original 1st ed. 1988 Coll. Plank,R.(Hg):Hdb Kältetechnik Bd 6

Mit diesem Band ist die Reihe Handbuch der Kältetechnik vollständig; damit steht dem Ingenieur das notwendige Rüstzeug in aktueller, praxisgerechter Form zur Verfügung. Es werden die Vorgänge der Wärmeübertragung behandelt, das notwendige Wissen zur Bemesssung von Apparaten zur Wärmeübertragung vermittelt, sowie deren Konstruktion und das Betriebsverhalten beschrieben. Apparate und Maschinen, die in der Kältetechnik oft Bestandteile von Anlagen der Wärmeübertragung sind, wie z.B. Luftkühler, Rückkühlwerke, Ventilatoren u.a. werden mit ihren Eigenschaften dargestellt. Angaben über die wichtigsten Fluide und deren Eigenschaften werden vermittelt. Das Werk liefert über die theoretischen Grundlagen hinaus vor allem Wissen, das sich in der Praxis bewährt hat, bietet daher dem Leser einen einmaligen Erfahrungsschatz.

Systematik der Wärmeübertragungsvorgänge.- Ähnlichkeit, Kennzahlen.- 1 Strömungen ohne Änderung des Aggregatzustandes in kältetechnischen Apparaten.- 1.1 Strömung längs einer ebenen Platte.- 1.1.1 Erzwungene Strömung.- 1.1.2 Freie Strömung.- 1.2 Strömung in Rohren und Kanälen.- 1.2.1 Ausgebildete laminare Strömung.- 1.2.2 Ausgebildete turbulente Strömung.- 1.2.3 Strömung im Übergangsbereich (laminar-turbulent).- 1.2.4 Vorgänge in der Einlaufstrecke.- 1.3 Querströmung um einzelne Rohre und Rohrbündel.- 1.3.1 Einzelrohre.- 1.3.2 Glattrohrbündel.- 1.3.3 Rippenrohrbündel.- 1.4 Strömung im Mantelraum von Rohrbündelwärmeaustauschern.- 1.4.1 Wärmeaustauscher ohne Umlenkeinbauten.- 1.4.2 Wärmeaustauscher mit Umlenksegmenten.- 1.4.3 Berechnungsbeispiel.- 1.5 Druckabfall in Zylinderrohrschlangen, Rohrspiralen, gebogenen Rohren und Krümmern.- 1.5.1 Druckabfall in Zylinderrohrschlangen, Rohrspiralen und gebogenen Rohren.- 1.5.2 Die kritische Reynolds-Zahl.- 1.5.3 Formeln für den Reibungsbeiwert.- 1.5.4 Rohrspiralen.- 1.5.5 Einfluß der Rauhigkeit.- 1.5.6 Druckabfall von Krümmern.- 1.5.7 Rechenbeispiele.- 1.6 Strömung in Umlenkhauben.- 1.7 Strömung an berieselten Flächen.- 2 Wärmeübertragung durch Leitung und Konvektion.- 2.1 Wärmetransport durch Leitung.- 2.2 Wärmeübergang in Fluiden.- 2.2.1 Allgemeines.- 2.2.2 Wärmeübergang an ebene Platten.- 2.2.3 Wärmeübergang in Rohren und Kanälen.- 2.2.4 Wärmeübergang an querangeströmte Rohre und Rohrbündel.- 2.2.5 Wärmeübergang im Mantelraum von Rohrbündelwärmeaustauschern.- 2.3 Wärmedurchgang in Apparaten.- 2.3.1 Der Wärmedurchgangskoeffizient.- 2.3.2 Der mittlere Temperaturstand.- 3 Wärmeübergang bei Verdampfung in natürlicher Strömung und Bemessung von überfluteten Verdampfern.- 3.1 Sieden von Kältemitteln in Behältern (Behältersieden).- 3.1.1 Erscheinungsformen beim Sieden.- 3.1.2 Überflutete einzelne Glattrohre.- 3.1.3 Überflutete Glattrohrverdampfer.- 3.1.4 Überflutete einzelne Rippenrohre.- 3.1.5 Überflutete Rippenrohrverdampfer.- 3.1.6 Sieden ölhaltiger Kältemittel.- 3.1.7 Verbesserung des Wärmeübergangs beim Blasensieden.- 3.1.8 Berieselte Rohre in Verdampfern.- 3.2 Bemessung von überfluteten Verdampfern.- 3.2.1 Meßergebnisse an überfluteten Glattrohrverdampfern.- 3.2.2 Meßergebnisse an überfluteten Rippenrohrverdampfern.- 3.2.3 Meßergebnisse an Berieselungsverdampfern.- 3.2.4 Thermodynamische Auslegung.- 3.2.5 Berechnungsbeispiele.- 3.3 Hinweise für die Konstruktion von überfluteten Verdampfem.- 3.3.1 Allgemeines.- 3.3.2 Flüssigkeitsabscheidung.- 3.3.3 Ölrückführung.- 3.3.4 Bauarten.- 4 Druckabfall und Wärmeübergang der Zweiphasenströmung in Verdampferrohren.- 4.1 Grundlegende Merkmale der Zweiphasenströmung in Rohren.- 4.1.1 Querschnittsanteile von Dampf und Flüssigkeit bei Zweiphasenströmung im Rohr.- 4.1.2 Beschleunigungsdruckverlust und Verzögerungsdruckgewinn.- 4.1.3 Der hydrostatische Druckabfall.- 4.2 Reibungsdruckverlust einphasiger Strömungen in geraden Rohren.- 4.3 Reibungsdruckabfall der Zweiphasenströmung.- 4.3.1 Reibungsdruckabfall der Zweiphasenströmung in geraden Rohren.- 4.3.1.1 Verfahren von Lockhart und Martinelli.- 4.3.1.2 Verfahren von Bandel und Schlünder.- 4.3.1.3 Verfahren von Chawla und Bankoff.- 4.3.1.4 Verfahren von Grønnerud.- 4.3.1.5 Vergleich zwischen Rechen- und Meßwerten des Reibungsdruckabfalls.- 4.3.2 Reibungsdruckverlust in gebogenen Rohren und Krümmern.- 4.3.2.1 Reibungsdruckabfall der Zweiphasenströmung in Zylinderrohrschlangen und gebogenen Rohren.- 4.3.2.2 Einfluß des Krümmungwinkels auf den Druckabfall in Krümmern.- 4.3.2.3 Druckabfall in 180°-Krümmern nach Meßergebnissen von Pierre.- 4.3.2.4 Druckabfall in 180°-Krümmung nach Meßergebnissen von Grønnerud.- 4.3.3 Rechenbeispiele.- 4.3.3.1 Druckabfall in einer Zylinderrohrschlange eines Ammoniakverdampfers.- 4.3.3.2 Druckabfall in einem Rohrsystem mit 180°-Krümmern eines Einspritzverdampfers.- 4.3.3.3 Druckabfall in Rohren mit 180°-Krümmern eines Zwangsumlaufverdampfers mit R12.- 4.4 Wärmeübertragung in Rohren.- 4.4.1 Wärmeübergangskoeffizienten beim Blasensieden.- 4.4.2 Wärmeübergangskoeffizienten bei konvektivem Sieden.- 4.4.3 Vergleich der Wärmeübergangskoeffizienten am Einzelrohr mit Meßwerten am Verdampfer.- 4.4.3.1 Vergleich zwischen Wärmeübergangskoeffizienten am Einzelrohr mit Meßwerten an Verdampfern bei Blasenverdampfung.- 4.4.3.2 Vergleich zwischen Wärmeübergangskoeffizienten am Einzelrohr mit Meßwerten an Verdampfern bei konvektivem Sieden.- 4.5 Wärmeübergang und Druckabfall in Einspritzverdampfern.- 4.5.1 Formeln für den Wärmeübergang in Einspritzverdampfern.- 4.5.2 Messungen der Wärmeübergangskoeffizienten an Versuchseinspritzverdampfern.- 4.5.3 Das Einspritzverdampfer-Diagramm (EV -Diagramm).- 4.5.3.1 Einige Rechenbeispiele.- 4.5.4 Abschnittsweise Berechnung von Einspritzverdampfern.- 4.5.4.1 Vergleich von Rechenergebnissen mit Meßwerten an Versuchsverdampfern.- 4.5.4.2 Leistungstabelle Verdampfer-Typenreihe, Berechnung der Fläche bei gegebener Verdampfertemperatur.- 4.5.4.3 Beispiele fur abschnittsweise Berechnung von Einspritzverdampfern.- 4.5.5 Einige Angaben über die Berechnung des kältemittelseitigen Druckabfalls von Verdampfern.- 5 Wärmeübertragung bei Kondensation und Bemessung von Verflüssigern.- 5.1 Theorie der Kondensation.- 5.1.1 Kondensationsformen.- 5.1.1.1 Filmkondensation.- 5.1.2 Kondensation reiner gesättigter Dämpfe in Rohren, Spalten und zylindrischen Kanälen.- 5.1.2.1 Ermittlung der Reynolds-Zahl der Kondensation.- 5.1.2.2 Berechnung örtlicher und mittlerer Wärmeübergangskoeffizienten für Filmkondensation.- 5.1.3 Kondensation reiner gesättigter Dämpfe auf der Außenseite horizontaler Rohre oder Rohrbündel.- 5.1.3.1 Schwerkraftkondensation.- 5.1.3.2 Schubkraftkondensation.- 5.1.4 Kondensation an horizontalen Rippenrohren.- 5.1.4.1 Schwerkraftkondensation.- 5.1.4.2 Einfluß der Oberflächenspannung bei Schwerkraftkondensation.- 5.1.4.3 Schubkraftkondensation.- 5.1.5 Druckverlust bei Kondensation um Rohre und Rohrbündel.- 5.2 Berechnung und Bemessung von Verflüssigern.- 5.2.1 Wassergekühlte Verflüssiger.- 5.2.1.1 Doppelrohrverflüssiger.- 5.2.1.2 Röhrenkesselverflüssiger.- 5.2.2 Luftgekühlte Verflüssiger.- 5.2.2.1 Typische Bauformen zwangsbelüfteter Ventilatorverflüssiger.- 5.2.2.2 Rippenrohrsysteme fur luftgekühlte Verflüssiger.- 5.2.2.3 Wärmetechnische Dimensionierung.- 5.2.2.4 Energiebedarf der Kühlluftventilatoren.- 5.2.3 Ausführungsbeispiele.- 5.2.3.1 Dimensionierung eines wassergekühlten Verflüssigers.- 5.2.3.2 Dimensionierung eines luftgekühlten Verflüssigers.- 6 Bereifung.- 6.1 Die Vorgänge bei der Bereifung.- 6.1.1 Reifstruktur, Transportmechanismen.- 6.1.2 Zeitlicher Verlauf der Reifschichtbildung.- 6.2 Rechnerische Behandlung von Bereifungsvorgängen.- 6.2.1 Reifdickenwachstum.- 6.2.2 Strömungswiderstand bereifender Oberflächen.- 6.2.3 Reifmassenstrom.- 6.2.4 Wärmestrom.- 6.2.5 Wärmeleitfähigkeit von Reifschichten und Reifoberflächentemperatur.- 6.2.6 Zahlenbeispiele.- 7 Plattenwärmeaustauscher.- 7.1 Allgemeines.- 7.2 Apparate zur Wärmeübertragung an Luft oder Gas.- 7.2.1 Apparate zur Kühlung.- 7.2.2 Apparate zur Erwärmung, Kühlschrank- und Gefriergeräteverflüssiger.- 7.2.3 Wärmeaustauschblöcke aus Platten.- 7.2.4 Konstruktion, Fertigung, Eigenschaften und Anwendung von Kühlschrank- und Gefriergeräteverdampfern.- 7.2.5 Konstruktion, Fertigung, Eigenschaften und Anwendung von Kühlschrank- und Gefriergeräteverflüssigern und von Wärmeaustauschblökken aus Platten.- 7.3 Apparate zur Wärmeübertragung bei Phasenübergang gasförmig/flüssig.- 7.4 Apparate zur Wärmeübertragung an Flüssigkeiten.- 7.4.1 Flüssigkeitskühler.- 7.4.2 Apparate zur Flüssigkeitserwärmung.- 7.4.3 Konstruktion, Fertigung, Eigenschaften und Anwendung von Apparaten zur Flüssigkeitskühlung.- 7.4.4 Konstruktion, Fertigung, Eigenschaften und Anwendung von Apparaten zur Flüssigkeitserwärmung.- 7.5 Apparate zur Wärmeübertragung bei Phasenübergang fest/flüssig.- 7.5.1 Apparate zum Gefrieren von Flüssigkeiten.- 7.5.2 Konstruktion, Fertigung, Eigenschaften und Anwendung von Apparaten zum Gefrieren von Flüssigkeiten.- 8 Rohrbündelwärmeaustauscher.- 8.1 Einteilung nach Fluiden.- 8.1.1 Wärmeaustauscher ohne Änderung des Aggregatzustands.- 8.1.2 Wärmeaustauscher mit Änderung des Aggregatzustands bei nur einem Fluid.- 8.1.3 Wärmeaustauscher mit Änderung des Aggregatzustands der beiden Fluide.- 8.2 Einteilung nach Bauarten.- 8.2.1 Rohrbündelwärmeaustauscher mit zwei festen Rohrböden.- 8.2.2 Rohrbündelwärmeaustauscher mit Kompensatoren.- 8.2.3 Rohrbündelwärmeaustauscher mit Mantelstoffbüchse.- 8.2.4 Rohrbündelwärmeaustauscher mit schwimmendem Kopf.- 8.2.5 Rohrbündelwärmeaustauscher mit Haarnadelrohren.- 9 Bauelemente und deren Gestaltung.- 9.1 Bauelemente von Rohrbündelwärmeaustauschern.- 9.1.1 Mantelrohr.- 9.1.2 Innenrohre.- 9.1.3 Einbauten im Mantelraum.- 9.1.4 Hauben.- 9.1.5 Rohrböden.- 9.1.6 Rohrspiegel.- 9.1.7 Verbindung Rohr/Rohrboden.- 9.1.8 Sonstige Bauelemente.- 9.2 Festigkeitsberechnung.- 9.2.1 Allgemeines.- 9.2.2 Bauvorschriften und Regelwerke.- 9.2.3 Mantelrohr.- 9.2.4 Gewölbte Böden.- 9.2.5 Ausschnitte an Behältern und Böden.- 9.2.6 Rohrböden.- 9.2.7 Rohrspiegel.- 9.2.8 Flanschverbindungen.- 9.2.9 Schrauben.- 9.2.10 Dichtungen.- 10 Verschmutzung.- 10.1 Einführung.- 10.2 Verschmutzungsursachen.- 10.2.1 Verschmutzung durch Sedimentation.- 10.2.2 Verschmutzung durch Kristallisation.- 10.2.3 Verschmutzung durch chemische Reaktion.- 10.2.4 Verschmutzung durch Korrosion.- 10.2.5 Biologische Verschmutzung.- 10.3 Verschmutzungsmodelle.- 10.3.1 Verschmutzung-Zeit-Funktion.- 10.3.2 Analytisches Verschmutzungsmodell.- 10.4 Konstruktionsempfehlungen.- 10.5 Reinigungsmethoden.- 11 Meßmethoden zur Wärmeübertragung und Leistungsabnahme.- 11.1 Zusammenstellung von Normen und Richtlinien für Abnahme- und Leistungsversuche.- 11.1.1 Deutsche Normen und Richtlinien.- 11.1.1.1 Betriebsfertige Anlagen.- 11.1.1.2 Anschlußfertige Seriengeräte.- 11.1.1.3 Apparate des inneren und äußeren Kreislaufs.- 11.1.2 Einschlägige Normen und Richtlinien des Auslands.- 11.1.2.1 Amerikanische Standards der ASHRAE.- 11.1.2.2 Britische Standards.- 11.1.2.3 Französische Normen der AFNOR.- 11.2 Meßgeräte.- 11.2.1 Übersicht über gebräuchliche Meßgeräte und deren Einsatzgebiete.- 11.2.2 Spezielle Meßwertgeber und -anordnungen.- 11.3 Meßmethoden.- 11.3.1 Lokale Messungen.- 11.3.2 Globale Messungen.- 11.4 Auswerten von Messungen.- 11.4.1 Meßgenauigkeit.- 11.4.2 Auswertmethoden.- 11.4.3. Umrechnung auf Sollbedingungen.- 12 Wärmeübertragung in Luftkühlern.- 12.1 Wärmeübergang und Druckabfall auf der Luftseite.- 12.1.1 Luftkühlung ohne Entfeuchtung.- 12.1.1.1 Glatte Rohre.- 12.1.1.2 Rippen- und Lamellenrohre.- 12.1.2 Luftkühlung mit Tauwasserbildung.- 12.1.2.1 Zusammenhang zwischen Wärme- und Stoffübergang bei Kühlung feuchter Luft.- 12.1.2.2 Berechnung des Zustandsverlaufs feuchter Luft bei Kühlung mit Rippen- und Lamellenrohrkühlern.- 12.1.2.3 Einfluß der Tauwasserbildung auf Wärmeübergang und Druckabfall bei Rippen- und Lamellenrohrkühlern.- 12.1.3 Luftkühlung mit Reifbildung.- 12.2 Wärmeübergang und Druckabfall auf der Kühlmittelseite.- 12.2.1 Verdampfende Kältemittel.- 12.2.1.1 Einspritzbetrieb.- 12.2.1.2 Umpump- und Schwerkraftbetrieb.- 12.2.2 Flüssige Kälteträger.- 12.3 Wärmeübertragungsleistung.- 12.3.1 Luftkühler ohne Feuchtigkeitsausscheidung, Kältemitteleinspritzbetrieb.- 12.3.2 Luftkühler mit Feuchtigkeitsausscheidung, Kältemitteleinspritzbetrieb.- 12.3.3 Luftkühler mit Feuchtigkeitsausscheidung, Kühlung durch flüssigen Kälteträger.- 12.3.4 Luftkühler mit Bereifung.- 13 Rückkühlwerke und Verdunstungsverflüssiger.- 13.1 Definitionen.- 13.2 Kühlverfahren.- 13.3 Theorie der Rückkühlung.- 13.4 Auslegungsbedingungen.- 13.4.1 Prozeßdaten.- 13.4.1.1 Wärmestrom bzw. Kühlleistung Q.- 13.4.1.2 Wassermassenstrom $${\dot M_W}$$.- 13.4.1.3 Warmwassertemperatur tW,1.- 13.4.1.4 Kaltwassertemperatur tW,2.- 13.4.1.5 Mittlere Wassertemperatur tW.m.- 13.4.1.6 Kühlzonenbreite z.- 13.4.1.7 Kühlgrenzabstand a.- 13.4.2 Klimadaten.- 13.4.2.1 Feuchtlufttemperatur tf.- 13.4.2.2 Umgebungsluftzustand tL und ?.- 13.4.2.3 Ablufttemperatur tf,2.- 13.4.3 Betriebsdaten.- 13.4.3.1 Beregnete Fläche Sr.- 13.4.3.2 Luftvolumenstrom $${\dot V_L}$$.- 13.4.3.3 Druckverlust ?pL.- 13.4.3.4 Ventilatorleistungsbedarf Pm.- 13.5 Bauformen.- 13.6 Funktioneller Aufbau.- 13.6.1 Bautechnischer Teil.- 13.6.1.1 Becken.- 13.6.1.2 Mantel.- 13.6.1.3 Unterstützungs- und Hilfskonstruktion.- 13.6.2 Kühltechnischer Teil.- 13.6.2.1 Kühleinbau oder Verflüssiger.- 13.6.2.2 Wasserverteilung.- 13.6.2.3 Tropfenabscheider.- 13.6.3 Maschineller Teil.- 13.6.3.1 Ventilator.- 13.6.3.2 Antrieb.- 13.6.3.3 Elektromotor.- 13.7 Kühlwasserkreislauf.- 13.8 Betriebsbedingungen.- 13.8.1 Energieeinsparung.- 13.8.2 Umweltschutz.- 13.8.3 Betriebserschwernisse.- 13.8.4 Wartung.- 13.8.5 Alternativen zur Rückkühlung.- 13.9 Technische Abnahme.- 14 Ventilatoren.- 14.1 Einleitung.- 14.2 Grundlagen.- 14.3 Bauformen und konstruktiver Aufbau.- 14.3.1 Axialventilatoren.- 14.3.2 Radialventilatoren.- 14.4 Auslegung und Betrieb.- 14.4.1 Technische Daten.- 14.4.2 Kennzahlen.- 14.4.2.1 Lieferzahl.- 14.4.2.2 Druckzahl.- 14.4.2.3 Betriebs- oder Drosselzahl.- 14.4.2.4 Leistungszahl.- 14.4.2.5 Durchmesserzahl.- 14.4.2.6 Laufzahl.- 14.4.3 Beispiele.- 14.4.4 Betriebsverhalten.- 14.4.5 Gewährleistung und technische Abnahme.- 14.5 Ventilatoranlagen.- 14.5.1 Volumenstrom.- 14.5.2 Nutzdruck.- 15 Rührkessel.- 15.1 Kesselbauarten und Rührerformen.- 15.2 Wärmeübergang und Rührleistung.- 15.3 Tangentialrührer.- 15.3.1 Wärmeübergang.- 15.3.2 Rührleistung.- 15.4 Radial- und Axialrührer.- 15.4.1 Wärmeübergang.- 15.4.2 Rührleistung.- 15.5 Sonderformen von Kesseln und Rührern.- 15.5.1 Kessel mit innenliegenden Rohren.- 15.5.2 Sonderformen von Rührern.- 15.5.3 Begaste Rührbehälter.- 15.6 Wärmeübergang an der Mantelaußenseite.- 15.6.1 Voll- und Halbrohrschlangen.- 15.6.2 Doppelmäntel.- 15.6.3 Wärmeleitwiderstände der Kesselwand.- 15.7 Temperiersysteme.- 16 Wärmeträger.- 16.1 Allgemeines.- 16.1.1 Definition.- 16.1.2 Auswahl von Stoffen.- 16.1.2.1 Wärme- und strömungstechnische Eigenschaften.- 16.1.2.2 Dampfdruck.- 16.1.2.3 Sicherheitstechnische Daten.- 16.1.2.4 Physiologische Eigenschaften.- 16.1.2.5 Chemische und thermische Eigenschaften.- 16.1.3 Interpolationsgleichungen.- 16.1.4 Anmerkungen zu den Stoffwerttabellen.- 16.2 Gase.- 16.2.1 Stickstoff.- 16.2.2 Luft.- 16.2.3 Helium.- 16.2.4 Argon.- 16.3 Anorganische Stoffe.- 16.3.1 Wasser H2O.- 16.3.2 Calciumchloridsole.- 16.3.3 Ammoniak.- 16.3.3.1 Ammoniak, wasserfrei.- 16.3.3.2 Ammoniak-Wasser-Gemische.- 16.3.4 Kohlendioxid.- 16.3.5 Schwefeldioxid.- 16.3.6 Schwefelhexafluorid.- 16.4 Aliphatische Kohlenwasserstoffe.- 16.4.1 Methan.- 16.4.2 Ethan.- 16.4.3 Ethen, Ethylen.- 16.4.4 Propan.- 16.4.5 Propen, Propylen.- 16.4.6 Butane.- 16.4.6.1 Normalbutan.- 16.4.6.2 Isobutan.- 16.4.7 Pentan.- 16.5 Ringkohlenwasserstoffe.- 16.5.1 Methylcyclohexan.- 16.5.2 Toluol, Methylbenzol, Toluen.- 16.5.3 Xylole.- 16.6 Alkohole.- 16.6.1 Methanol.- 16.6.1.1 Methanol, wasserfrei.- 16.6.1.2 Methanol-Wasser-Gemische.- 16.6.2 Ethanol, Ethylalkohol.- 16.6.2.1 Ethanol, wasserfrei.- 16.6.2.2 Ethanol-Wasser-Gemische.- 16.6.3 Ethylenglykol.- 16.7 Halogenkohlenwasserstoffe.- 16.7.1 Fluortrichlormethan, R11.- 16.7.2 Dichlormethan, Methylenchlorid, R30.- 16.8 Kommerzielle Wärmeträger.