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Vde Verlag Weitere Titel dieses Verlages anzeigen
| Vorwort zur Z.Auf läge | XI | |
| Formelzeichen und Einheiten | XIII | |
| Indizes | XV | |
| Abkürzungsverzeichnis | XVI | |
| 1 | Wärmetechnikgrundlagen | 1 |
| 1.1 | Einleitung | 1 |
| 1.2 | Wärmeübertragung | 3 |
| 1.2.1 | Wärmeleitung | 11 |
| 1.2.1.1 | Analogie zur Elektrotechnik | 11 |
| 1.2.1.2 | Wärmeleitzahl - Gase, Flüssigkeiten, Metalle und Nichtmetalle | 13 |
| 1.2.1.3 | Eindimensionale Leitung - Wand, Rohr und Hohlkugel | 15 |
| 1.2.1.4 | Wärmewiderstandsnetzwerke - seriell, parallel und gemischt | 17 |
| 1.2.1.5 | Optimale Isolierungen für Wände und Rohre | 19 |
| 1.2.1.6 | Wärmeguellen und-senken in festen Stoffen und Fluiden | 23 |
| 1.2.1.7 | Zweidimensionale Leitung - Finite Differenzen Methode | 32 |
| 1.2.2 | Konvektion | 36 |
| 1.2.2.1 | Erzwungene Konvektion | 38 |
| 1.2.2.2 | Freie Konvektion | 46 |
| 1.2.2.3 | Kombination von freier und erzwungener Konvektion | 52 |
| 1.2.3 | Strahlung | 52 |
| 1.2.3.1 | Grundlagen der Wärmestrahlung | 53 |
| 1.2.3.2 | Solarstrahlung | 56 |
| 1.2.3.3 | Strahlung von Gasen und Stäuben | 59 |
| 1.2.4 | Wärmedurchgangszahl - Beispiele | 60 |
| 1.2.4.1 | Wärmeübergangszahl für Strahlung | 60 |
| 1.2.4.2 | Fouling-Ablagerungen an den Wärmeübertragungsflächen | 60 |
| 1.2.4.3 | Wärmedurchgangszahl für Wände | 61 |
| 1.2.4.4 | Wärmedurchgangszahl für Rohrleitungen | 62 |
| 1.2.4.5 | Wärmedurchgangszahlen in der Gebäudetechnik | 63 |
| 1.2.5 | Instationäre Wärmeübertragung | 65 |
| 1.2.5.1 | Fourier-und Biot-Zahl | 65 |
| 1.2.5.2 | Instationäre Wärmeübertragung bei gleichmäßiger T-Verteilung | 66 |
| 1.2.5.3 Instationäre Wärmeübertragung bei großen Temperaturunterschieden | ||
| im Körperinneren | 67 | |
| 1.3 | Stoffdatenermittlung und Gasmischungen | 68 |
| 1.3.1 | Stoffdaten als Funktion von Druck und Temperatur | 68 |
| 1.3.2 | Gasmischungen idealer Gase | 68 |
| 1.3.2.1 | Raumanteil und Massenanteil | 68 |
| 1.3.2.2 | Gesamtdruck-Partialdrücke | 69 |
| 1.3.2.3 | Gaskonstante, Molmasse | 69 |
| 1.3.2.4 | Dichte | 70 |
| 1.3.2.5 | Spezifische Wärmekapazitäten, Enthalpien, innere Energien | 71 |
| 1.4 | Brennstoffe-Verbrennungsrechnung | 72 |
| 1.4.1 | Brennstoffnutzung | 73 |
| 1.4.2 | Brennstoffe - Reserven - fossil - regenerativ | 74 |
| 1.4.3 | Reaktionsgleichungen | 75 |
| 1.4.4 | Sauerstoffbedarf, Luftbedarf und Luftüberschusszahl | 75 |
| 1.4.5 | Abgaszusammensetzung | 76 |
| 1.4.6 | Heizwert und Brennwert | 78 |
| 1.4.6.1 | Heizwert fester und flüssiger Brennstoffe | 78 |
| 1.4.6.2 | Heizwert gasförmiger Brennstoffe | 78 |
| 1.4.6.3 | Elementaranalysen fossiler Brennstoffe sowie der Biomasse | 79 |
| 1.5 | Wärmeübertrager (Wärmetauscher, Wärmeaustauscher) | 81 |
| 1.5.1 | Grundtypen; Gleichstrom-Gegenstrom-und Kreuzstromwärmetauscher | 82 |
| 1.5.2 Berechnung mit der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz | ||
| (LMTD-method) | 84 | |
| 1.5.3 Berechnung mit der Methode der Anzahl der Übertragungseinheiten | ||
| (NTU-method) | 85 | |
| 1.5.4 | Rohrbündelwärmetauscher | 87 |
| 1.5.4.1 | Geradrohrwärmetauscher | 88 |
| 1.5.4.2 | Haarnadelwärmetauscher (U-Rohr-WT) | 89 |
| 1.5.4.3 | Schwimmkopfwärmetauscher | 89 |
| 1.5.4.4 | Rohrbündel-Kondensator in Geradrohrwärmetauscher Bauform | 90 |
| 1.5.5 | Plattenwärmetauscher | 91 |
| 1.5.6 | Spiralwärmetauscher | 93 |
| 1 | ,5.6.1 Spiralwärmetauscher-Sonderbauformen | 94 |
| 1.5.7 | Doppelrohrwärmetauscher | 94 |
| 1.5.8 | Luftgekühlte Wärmetauscher-Rippenrohr-WT | 95 |
| 1.5.9 | Sonderbauformen | 97 |
| 2 | Berechnungsblätter für EXCEL mit VBA | 99 |
| 2.1 | Einleitung | 99 |
| 2.1.1 | Office 10 - EXCEL 2003 | 99 |
| 2.1.2 | Office 12 - EXCEL 2007 und Office 14 - EXCEL 2010 | 99 |
| 2.2 | Stoffwerte | 100 |
| 2.2.1 | Stoffwerte für die trockene Luft | 100 |
| 2.2.2 | Stoffwerte für das Wasser | 102 |
| 2.2.3 | Ideale Gase | 103 |
| 2.3 | Gasmischungen idealer Gase | 104 |
| 2.3.1 | Ein Gasstrom | 104 |
| 2.3.2 | Mischung zweier Gasströme | 106 |
| 2.3.2.1 | Berechnungsblatt ohne Zirkelbezug | 106 |
| 2.3.2.2 | Berechnungsblatt mit Zirkelbezug | 108 |
| 2.4 | Konvektion | 108 |
| 2.4.1 | Erzwungene Konvektion | 109 |
| 2.4.1.1 | Rohrströmung mit Luft und Wasser | 109 |
| 2.4.1.2 | Umströmung eines Rohres mit Luft oder Wasser | 110 |
| 2.4.1.3 | Senkrechte Platte | 111 |
| 2.4.2 | Freie Konvektion | 112 |
| 2.5 | Wärmedurchgangszahlen | 112 |
| 2.5.1 | Wärmedurchgangszahl einer einschichtigen ebenen Wand | 112 |
| 2.5.1.1 | Vorgabe von Alpha innen und außen | 112 |
| 2.5.1.2 | Platte mit der Berechnung der Alpha-Werte | 113 |
| 2.5.2 | Wärmedurchgangszahl einer mehrschichtigen Wand | 114 |
| 2.5.3 | Wärmedurchgangszahl eines einschichtigen Rohres | 116 |
| 2.5.3.1 | Rohr-Vorgabe der Alpha-Werte | 116 |
| 2.5.3.2 | Rohr mit der Berechnung der Alpha-Werte | 117 |
| 2.5.4 | Mehrschichtiges Rohr | 119 |
| 2.6 | Finite Differenzenmethode | 120 |
| 2.6.1 Berechnung der Temperaturverteilung einer Fläche bei Vorgabe von | ||
| konstanten Temperaturen an den Rändern | 121 | |
| 2.6.2 Berechnung der Temperaturverteilung beim Vorliegen eines | ||
| konvektiven Wärmeübergangs an den Rändern | 122 | |
| 2.6.3 Berechnung der Temperaturverteilung für Innere | ||
| Wärmequellen bzw. Senken | 123 | |
| 2.7 | Strahlungswärme | 125 |
| 2.7.1 Strahlungsaustausch zwischen zwei Flächen unterschiedlicher | ||
| Temperatur (bei einer einfachen Anordnung der Flächen) | 125 | |
| 2.7.2 Strahlungsaustausch zwischen zwei Flächen mit einer allgemeinen | ||
| Anordnung | 127 | |
| 2.8 | Instationäre Wärmeübertragung | 128 |
| 2 | ,8.1 Instationäre Wärmeleitung für kleine Biot-Zahlen | 128 |
| 2.9 | Verbrennungsrechnung | 129 |
| 2.9.1 | Berechnung des unteren Fleizwerts für feste und flüssige Brennstoffe | 130 |
| 2.9.2 | Berechnung des unteren Fleizwertes für gasförmige Brennstoffe | 132 |
| 2.9.3 | Verbrennungsberechnung für feste und flüssige Brennstoffe | 133 |
| 2.9.4 | Verbrennungsberechnung für gasförmige Brennstoffe | 134 |
| 2.10 | Wärmetauscher | 135 |
| 2.10.1 | Gleichstromwärmetauscher | 136 |
| 2.10.1.1 | Gleichstromwärmetauscher mit der LMTD-Methode | 136 |
| 2.10.1.2 | GI.-WT Konstruktionsvariante Rohr-Mantelrohr-WT | 137 |
| 2.10.1.3 | Gleichstrom-WT mit NTU-Methode | 138 |
| 2.10.2 | Gegenstromwärmetauscher | 140 |
| 2.10.2.1 | Gegenstromwärmetauscher mit LTMD-Methode | 140 |
| 2.10.2.2 | GG.-WT Konstruktionsvariante Rohr-Mantelrohr-WT | 141 |
| 2.10.2.3 | Gegenstrom-WT mit NTU-Methode | 142 |
| 2.10.3 | Kreuzstromwärmetauscher | 143 |
| 2.10.3.1 | Kreuzstromwärmetauscher mit LMTD-Methode | 143 |
| 2.10.3.2 | Kr.Z,-WT Konstruktionsvariante Taschenwärmetauscher | 144 |
| 2.10.3.3 | Kreuzstrom-WT mit NTU-Methode | 146 |
| 2.10.4 | NTU-Rohrbündel-Wärmetauscher | 147 |
| 2.10.4 | ,1 NTU-Rohrbündel-Wärmetauscher mit mantelseitigem Durchgang | 148 |
| 2.11 Wärmetechnische Berechnung von Abgasbehandlungsanlagen | ||
| hinter Elektrolichtbogenöfen | 149 | |
| 2.11.1 | Allgemeiner Überblick über die Abgasbehandlungsanlage - Anforderungen | 149 |
| 2.11.2 | Berechnungsmappe - Übersicht | 151 |
| 2.11.3 | Eingabeblatt für das Ofenabgas | 152 |
| 2.11.4 | Berechnungsblatt - Wassergekühlte Heißgasleitung mit Nachverbrennung | 152 |
| 2.11.5 Übersicht - Abkühlung Primärabgasstrom aus dem EAF und | ||
| Sekundärabgasstrom aus dem Pfannenofen | 153 | |
| 2.11.6 | Berechnungsblatt Gasmischung - Mischerkammer | 154 |
| 2.11.7 | Jet-Pulse-Filteranlage | 155 |
| 3 EXCEL und EXCEL-VBA-Grundlagen - Version für Office 10 - | ||
| EXCEL 2002 | 157 | |
| 3.1 | Einleitung | 157 |
| 3.2 | Trendlinie - Erstellung von Polynomen für Stoffdaten | 157 |
| 3.3 | VBA-Function | 163 |
| 3.4 Namen, Kommentare, Rahmen, Farben, Passwörter, Formeleditor | ||
| und Zeichnungen | 171 | |
| 3.5 | Zirkelbezüge | 186 |
| 3.6 | Inverse Matrix - Finite-Differenzen-Methode für 2D-Wärmeleitung | 200 |
| 3.7 | Solver-Nichtlineare Gleichungssysteme | 209 |
| 3 EXCEL und EXCEL-VBA Grundlagen - Version für Office 12 - | ||
| EXCEL 2007 | 219 | |
| 3.1 | Einleitung | 219 |
| 3.2 | Trendlinie - Erstellung von Polynomen für Stoffdaten | 219 |
| 3.3 | VBA-Function | 230 |
| 3.4 | Namen, Kommentare, Passwörter, Formeleditor und Zeichnungen | 245 |
| 3.5 | Zirkelbezüge ................................................. —.— | 269 |
| 3.6 | Inverse Matrix - Finite Differenzen Methode für 2D-Wärmeleitung — | 284 |
| 3.7 | Solver-Nichtlineare Gleichungssysteme | 294 |
| 3 EXCEL und EXCEL-VBA Grundlagen - Version für Office 14 - | ||
| EXCEL 2010 | 303 | |
| 3.1 | Einleitung | 303 |
| 3.2 | Trendlinie - Erstellung von Polynomen für Stoffdaten | 303 |
| 3.3 | VBA-Function | 316 |
| 3.4 | Namen, Kommentare, Passwörter, Formeleditor u. Zeichnungen | 330 |
| 3.5 | Zirkelbezüge | 355 |
| 3.6 | Inverse Matrix - Finite Differenzen Methode für 2D-Wärmeleitung | 369 |
| 3.7 | Solver- Nichtlineare Gleichungssysteme | 378 |
| A Liste der Arbeitsblätter und VBA Functions | 389 | |
| B Literaturverzeichnis | 421 | |
| C Wärmeübertragung mit FEM-Programmen | 425 | |
| D Internet Links | 427 | |
| Stichwortverzeichnis | 429 | |
Abgasbehandlungsanlage 149
Abgaszusammensetzung 76, 135, 149
Add-Ins 209, 294, 295
Arbeitsblätter XI, 99, 151, 389
Atomkraft 1, 24, 57, 73
Auto 2, 10
Biodiesel 80
Biogas 10, 29, 80, 132
Biomasse 1, 2, 9, 10, 26, 46, 56, 73, 74, 78,
79, 130, 131, 132
Biot-Zahl 65, 128
Blattschutzpasswort 105
Brennstoffzelle 3, 10, 73, 133
Brennwert 78, 79
Carnot-Prozess XV, 1, 73
C02 21, 59, 69, 71, 73-77, 104, 105, 130-
132, 134,153
C02 (siehe auch Treibhauseffekt und
Kohlendioxid)
D
De-Novo-Synthese 150
Diagramm 67, 103, 159, 161, 162, 195, 215,
219, 223, 224, 225, 226, 227, 228
Dichten 13, 14, 20, 68, 107, 145
Dioxine 150
Doppelrohrwärmetauscher 94
Einheiten XIII
Elektrolichtbogenofen 149
Energie XI, 1-3, 7-11, 20-23, 26-27, 33- 34, 38, 46, 57, 60, 64-65, 71, 73, 128, 130, 135
Energiebedarf 10, 133
Energiesparen 1, 151
Energiesparhaus (Passivhaus) 63
Energieverbrauch 9
Energievorräte (fossil) 9
Enthalpien 71
Entstaubung 150
Ethanol 80
FDM XVI, 120
FEM XVI, 67, 425
feste Brennstoffe 76, 130
Finite Differenzen Methode 32, 123
flüssige Brennstoffe 76, 133, 393
Flüssigkeiten 3, 4, 5, 13, 38, 43, 50, 68, 81 93,108
Formeleditor 171, 181, 258, 330, 345
Formelzeichen XIII
Fouling XV, 60, 113, 117, 119
Funkenflug 151
Fusion (siehe Kernfusion)
G
Gase 4, 13, 21, 23, 37, 43, 47, 50, 59, 68-
72, 81, 97, 103, 104
gasförmige Brennstoffe 79, 132, 134, 393
Gaskonstante 69, 70
Gasmischung 3, 68, 70, 186, 187, 188, 191 269, 270, 271, 275, 355, 357, 360, 389
Gasstrahlung 52, 59, 60, 69, 78, 152
Gasturbine 1, 26, 29, 151
Gegenstrom XVI, 136, 140, 141, 142, 143 146, 394
Genauigkeit 15, 39
Geothermie 31, 135
Gleichstrom 136, 138, 139, 140, 141, 143 393
Grashof-Zahl XIII, 8, 47, 108, 112, 391
Grenzschichten 36, 38, 39
H
Hallenbelüftung 150
Haus 2, 5, 10, 20, 26, 52, 63
Heatpipes 135, 151
Inverse Matrix XIII, 32, 200, 202, 284, 286, 369
Isolierung XV, 143
Iteration 108, 186, 187, 211, 269, 355
K
Kernfusion 2, 73
Kohlendioxid 103, 104, 129
(siehe auch COz und Treibhauseffekt) Kohlenmonoxid 75, 79, 132
Kollektoren (Sonne-Flach-) 10, 27, 28, 31, 54, 58
Komma 319, 326, 327
Kommentar 111, 321, 330, 334, 335
Kraftwerke 1, 3, 9, 24, 26, 28, 29, 31, 46,
57, 73, 80, 97, 131
Kreuzstrom XVI, 81-85, 86, 94, 143, 144,
146, 394
Kugel 125, 128
Kühlwasserrohre 153
Lavaldüse 151
Leitung 3-5, 7, 11-12, 15, 16, 23, 30, 43,
58, 62, 105, 119, 128, 151, 392
Linie 352, 354
LMTD-Method 136, 140, 143
Luftbedarf 75-76, 133-134
Luftüberschusszahl-Lambda 75, 76, 390
M
Makro 306, 322, 340, 341
MakroSicherheit 99, 100
Massenanteil 68
Metalle 4, 13, 43, 66
(siehe auch Stahl)
Methan - CH4 59, 71, 77, 79, 80, 132
Methan - CH4 (siehe auch Biogas und
Treibhauseffekt) Mikrowellen 8, 31
Modul 317, 318, 321, 334, 336, 345, 362
Molmasse 69-72, 75, 104
N
Name 318, 319, 330, 332
Nichtmetalle 4, 13
NOx130
NTU - Method XVI, 85, 86, 136, 138, 140,
142, 143, 146, 147, 148, 394-394
Nußelt-Zahl XIII, 8, 37, 43, 44, 47, 52, 111, 112 0
Otto-Prozess 1
Partielle Differentialgleichungen 37
Passwort 330, 335, 339, 340, 343, 344
Photosynthese 74, 131
Photovoltaik 9, 73
(siehe auch Sonnenenergie) Plattenwärmetauscher 91
Quellcode 336
Rahmen 104, 323, 324, 329
Raumanteil 68-72, 107
Reaktionsgleichungen 75-76, 130
Restrisiko 73
Reynolds-Zahl XIII, 101, 108, 109, 112, 308,
316, 319, 320, 322, 326, 329, 333, 347
Rippe-Kühlrippe 110, 135
Rippenrohrwärmetauscher 95
Rohr XIII, 3, 5, 11, 15, 19, 22-24, 38-39, 58, 61-62, 86-90, 94-97, 108-112, 116- 120,140-142,148
Rohrleitung 105, 107, 120
S
Sauerstoff 103, 104, 129, 133, 134, 151
Sauerstoffbedarf 130, 133, 134
Schadstoffe 20, 129, 130
(siehe auch S02, NOx, Staub, Treibhauseffekt) Schlauchfilteranlage 150, 155
Schwefeldioxid-S02 77, 103, 132
Solarstrahlung 56, 59
(siehe auch Sonnenenergie) Solarzellen 9
(siehe auch Sonnenenergie und Photovoltaik) Solver 99, 125, 303, 378, 384, 386
Sonnenenergie 1, 3, 9, 27, 28, 29, 53, 54,
56, 59, 73, 74, 130
Source Code 326
Spiralwärmetauscher 93
Stahl 3, 11, 14, 46, 52, 60, 65, 87, 92, 93-
96, 112, 119, 128, 149-151, 152
Staub 20, 52, 55, 57, 60, 74, 76, 78, 130,
150, 151, 152, 154-155
Staubstrahlung 52, 60
(siehe auch Gasstrahlung) Stickoxide - N0X 74, 130
Stickstoff 59, 69, 74-77, 130
Stirling-Motor 1, 29, 151
Stoffdaten 68, 100, 108
Stoffwerte 303, 308, 318
Syntax 319, 362
Treibhauseffekt 3, 26, 59, 74
Trendlinie 99, 100, 103, 303, 312, 313, 360
Trinkwasser 31, 131
(siehe auch Wasser) trockene Luft 100, 108, 129
turbulente Strömung 38, 41, 44, 45, 47, 48, 92
U
Überschallgeschwindigkeit 151
Übertragungseinheiten 85
VBA 303, 304
VBA-Function 3, 99, 100, 103, 105, 109, 120, 139, 142, 146, 314, 316, 342, 361, 365
Verbrennungsrechnung 69, 72—75, 104, 129, 152, 393
W
Wand XV, 4, 5-8, 11, 12, 15, 17, 19, 36-38,
61, 112-116, 117, 119, 120
Wärmedurchgangszahl XIII, 60-63, 87, 93, 101, 112-114, 115-117, 119, 135-136, 138, 144, 145, 148, 153, 391
Wärmekapazitäten 71-72, 84, 136, 139, 146
Wärmeleitzahl XIV, 4, 11, 13-14,19, 20, 66-
68, 97, 101, 112, 117, 121
Wärmepumpe 1, 2, 30, 32, 46, 56, 135
Wärmequellen 11, 15, 23, 24, 26-30, 32, 61,
65, 123, 392
Wärmesenken 15, 23, 31, 32, 65
Wärmestrahlung 3, 8, 27, 46, 53-56, 58, 62,
78, 392
Wärmetauscher (Wärmeaustauscher, Wärme- übertrager) XVI, 1, 3, 28, 31, 51, 61, 81- 97, 101, 112, 119, 135-137, 138, 140-143, 146-148,151, 154, 393
Wärmeübergangszahl XIV, 8, 37, 44-46, 47, 50-51, 60, 66, 101, 109, 110, 112, 113, 117, 122, 126, 148, 153
Wärmeübertragung XI, 3, 5, 23, 36, 37, 38, 46, 61, 65, 66, 67, 81, 97, 125, 128, 392, 421
Wasser 1, 2, 3, 9, 10, 14, 21, 23, 24, 27, 29, 31, 43, 46, 56, 61, 68, 73, 74, 75, 102, 108-110, 130, 131, 135, 143, 148, 151, 152, 154, 389, 390
Wasserdampf 21, 46, 59, 61, 69, 78, 80, 87,
103, 104, 153
Wasserstoff 3, 10, 21, 27, 29, 69, 73-75, 77,
79, 80, 132, 133
Wasserstoff Wirtschaft 3, 10
(siehe auch Sonnenenergie, Biogas, Atomkraft)
Zeichnung 330, 349, 350, 353
Zirkelbezug 99, 139, 355, 360, 361, 367
