W rme bertrager: Charakteristik, mittlere Temperaturdifferenz und Modellierung

1. W�rme�bertrager:Charakteristik,mittlere Temperaturdifferenzund Modellierung Dr. Thomas Nietsch www.ThomasNietsch.info 10. Nov. 2010

2. 2 Mein Werdegang 1961 geboren in Berlin 1989 Dipl.-Ing. Energie- und Verfahrenstechnik, TU- Berlin, Studentische Hilfskraft Mathematik und Bilanzgleichungen 1994 Dr.-Ing. Verfahrenstechnik, TU-Berlin, Wasserstoffspeicherung, Lehre: Reaktionstechnik, Thermodynamik der Energiewandlung, Luftreinhaltung 1995 Post Doc, Institut Fran�ais du P�trole, Abgasreinigung 1996 CNRS, Frankreich, Kunststoffproduktion in Extrudern 2001 Rolls-Royce, Hochtemperaturbrennstoffzelle und erneuerbare Energien und Gasturbine heute Helion/Areva PEM Brennstoffzelle und Elektrolyse

7. Klassifikation von Warme�bertragern

8. Einteilung von W�rme�bertragern Indirekte W�rme�bertrager Direkte W�rme�bertrager Regeneratoren

9. Indirekte W�rme�bertrager

10. Direkte W�rme�bertrager

11. Regeneratoren

12. W�rme�bertrager

13. Gleichstrom

15. Gleichstrom � Vorteile und Nachteile Durch die gro�e Temperaturdifferenz am Eingang des W�rmetauschers kann in besonders kurzer Zeit eine sehr gro�e W�rmemenge �bertragen werden. Dies kann zum Beispiel bei (temperaturabh�ngigen) Gleichgewichtsreaktionen ausgenutzt werden, um eine Einstellung des ung�nstigeren Gleichgewichtes bei niedrigerer Temperatur zu verhindern.

16. Gegenstrom

18. Gegenstrom � Vorteile und Nachteile Die Triebkraft der W�rme�bertragung ?T beim Gegenstromw�rmetransport kann durch Wahl geeigneter Massestr�me und Fluide auf einem wirtschaftlichen Mittelwert gehalten werden und strebt nicht wie beim Gleichstromw�rmetransport gegen Ende der W�rme�bertragung gegen Null. Die �bertragenen W�rmemengen je Fl�cheneinheit unterscheiden sich an den einzelnen Austauschfl�chen beim Gegenstrom nicht so stark wie bei der Gleichstromf�hrung. �berschreitung der Gleichgewichtslinie erm�glicht, dass das �w�rmere Fluid� mit niedrigerer Temperatur austritt als das �k�ltere Fluid� die Mittelwerte f�r die Temperaturdifferenzen liegen bei ausreichender L�nge des W�rmetauschers im Falle des Gegenstroms h�her als beim Gleichstrom ? damit �bertr�gt das w�rmere Fluid beim Gegenstromw�rmetauscher einen gr��eren Anteil seiner W�rmemenge auf das k�ltere Fluid als beim Gleichstromw�rmetauscher. Der Energieverlust ist somit deutlich niedriger als im Falle des Gleichstromw�rmetauschers.

19. Vergleich

20. Kreuzstrom Kreuzstrom f�hrt die Stoffstr�me so, dass sich ihre Richtungen kreuzen. Diese Stofff�hrung liegt im Ergebnis zwischen Gegen- und Gleichstrom.

21. W�rme�bertrager-Schaltungen

23. Bilanzgleichung Speicherung = Transport + Wandlung K�nnte Thema einer eigenen Vorlesung sein Vorlesungsblock �bung Um Analogie von Soff-, Impuls- und Energie�bertragung zu vertiefen

27. Damit k�nnen wir berechnen: Temperatur, Massestr�me, etc. Aber keine Geometrie, d.h. ��W�rme�betragergr�sse��

33. Diese Rechnung ist vielleicht zu ausf�hrlich f�r eine Vorlesung und k�nnte Gegenstand einer �bung sein

37. Hier k�nnten einige �bungsbeispiele folgen um den Unterschied, Vor- und Nachteile von Gegen- und Gleichstromw�rme�bertragern zu zeigen. Messtechnische �bungen? Oder Teil eines Praktikums in dem eine W�rme�bertrager Bestandteil ist.

38. Analysis of heat exchanger dynamics

39. Counter and Co-Current Heat Exchangers(Note the analogy to series of CSTR�s!!):

40. Propagation of temperature in counter current case

41. Rohrb�delw�rme�bertrager

42. Beispiele W�rme�bertrager

49. Verschiedenes Ein Beispiel Modellierung Beispiel PEMFC Analogie Stoff�bertragung Kosten