Wärmeübergangskoeffizient-Rechner

Der konvektive Wärmeübergangskoeffizient, meist h genannt, verknüpft den Wärmestrom an einer Oberfläche mit deren Fläche und der Temperaturdifferenz zum angrenzenden Fluid. Nach dem Newtonschen Abkühlungsgesetz ist die Wärmeleistung gleich h mal Fläche mal Temperaturdifferenz. Umgestellt ergibt sich h = Q ÷ (A × ΔT). Dieser Rechner nutzt diese Umstellung und gibt auch die Wärmestromdichte aus, also die Wärmeleistung geteilt durch die Fläche. Die SI-Einheit ist Watt pro Quadratmeter und Kelvin. Temperaturdifferenzen in Grad Celsius und Kelvin haben denselben Zahlenwert, daher sind beide Skalen geeignet. Das Werkzeug verwendet den Betrag der Differenz zwischen Oberflächen- und Fluidtemperatur, da der Koeffizient üblicherweise positiv angegeben wird. Die Richtung lässt sich dennoch erkennen: Unter passiven Bedingungen fließt Wärme vom wärmeren zum kälteren Bereich. Anders als die Wärmeleitfähigkeit ist ein Konvektionskoeffizient keine reine Stoffeigenschaft. Er fasst das Verhalten von Fluid, Strömung und Oberflächengeometrie zusammen. Geschwindigkeit, Dichte, Viskosität, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Turbulenz, Ausrichtung, Rauheit und charakteristische Abmessungen können h beeinflussen. Natürliche Konvektion in ruhender Luft hat oft deutlich kleinere Werte als erzwungene Luftströmung; Sieden und Kondensation können viel größere Werte erzeugen. Veröffentlichte Bereiche helfen bei der Vorauswahl, endgültige Auslegungswerte sollten aber aus geeigneten Korrelationen, Versuchen oder validierten Simulationen stammen. Die Berechnung setzt voraus, dass Wärmeleistung, Fläche und repräsentative Temperaturen dieselbe Grenze und denselben Betriebszustand beschreiben. Ungleichmäßige Wandtemperaturen, veränderliche Strömung, Verschmutzung, Strahlung, Kontaktwiderstand und andere Wärmeverlustpfade können dazu führen, dass ein experimentell ermittelter Koeffizient vom lokalen Wert abweicht. Bei Wärmetauschern wird eventuell ein Wärmedurchgangskoeffizient benötigt, der beidseitige Konvektion, Wandleitung und Verschmutzungswiderstände zusammenfasst. Nutze den Rechner für schnelle Konvektionsabschätzungen, Laborauswertungen, Kühlungsprüfungen, Wärmetauscher-Vorauswahl und den Vergleich gemessener Betriebspunkte. Verwende Watt und Quadratmeter und wähle eine Temperaturdifferenz, die den relevanten thermischen Antrieb des Modells beschreibt. Komplexe Wärmetauscher benötigen unter Umständen eine logarithmische mittlere Temperaturdifferenz statt einer einzelnen Oberflächen-Fluid-Differenz.