Zusammenfassung
Die bisher angegebenen Gleichungen für den Wärmeübergang berücksichtigen nur die Wirkung der Wärmeleitung und Konvektion. Bei sehr hohen Temperaturen, wie sie z. B. in der Hüttenindustrie vorkommen, liefert indessen auch die Wärmestrahlung der strömenden Gase und der an sie grenzenden festen Wände einen erheblichen Beitrag zum Wärmeübergang. Mit dem Einfluß der Gasstrahlung auf den Wärmeübergang haben sich nach ersten Arbeiten von Nernst 7, Nußelt 8, Schack 9 und anderen Forschern vor allem Schmidt 10, Hottel und Mangelsdorf 11 sowie Eckert 12 befaßt.
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Literatur
W. Nernst, Beitrag zur Strahlung der Gase, Phys. Zeitschr. 1904, S. 777.
W. Nußelt, Der Wärmeübergang in der Verbrennungskraftmaschine, VDI.Forschungsheft 264 und Z. VDI., Bd. 67 (1923), S. 692 und 708.
A. Schack, Über die Strahlung der Feuergase und ihre praktische Berechnung, Z. techn. Phys., Bd. 15 (1924), S. 267.
E. Schmidt, Messung der Gesamtstrahlung des Wasserdampfes bei Temperaturen bis 1000° C. Forschung Ing.Wes., Bd. 3 (1932), S. 57–70.
H. C. Hottel and G. Mangelsdorf, Heat Transmission by radiation from nonluminous gases II. Experimental study of carbon dioxyde and water. Trans. Amer. Inst. Chem. Engrs., Bd. 31 (1935), S. 517/49.
E. Eckert, Messung der Gesamtstrahlung von Wasserdampf und Kohlensäure in Mischung mit nichtstrahlenden Gasen bei Temperaturen bis zu 1300° C. VDIForschungsheft 387, Berlin 1937.
, 2 und 3 siehe nebenstehende Fußnoten.
G. Ackermann, Wärmeübergang und molekulare Stoffübertragung im gleichen Feld bei großen Temperatur- und Partialdruckdifferenzen, VDI-Forschungsheft 382 Berlin (1937); siehe auch Z. VDI., Beiheft „Verfahrenstechnik” 1937, Nr.1, S. 36–67.
Vgl. z. B. F. Merkel, Verdunstungskühlung, Forschungsarb., Ing.Wes., Heft 275 (1925);
ferner E. Schmidt, Verdunstung und Wärmeübergang, Gesundheitsingenieur, Bd. 52 (1929), S. 525.
W. Nußelt, Wärmeübergang, Diffusion und Verdunstung. Z. ang. Math. Mech., Bd. 10 (1930), S. 105–121.
G. Ackermann, Theorie der Verdunstungskühlung. Ing. Arch., Bd. 5 (1934), S. 124. — Weiteres Schrifttum bei McAdams, a. a. O. (Fußnote 1. S. 561. S. 280.
Vgl. z. B. W. Müller, Der Einfluß der Luftanreicherung in dampfbeheizten Trocknern auf die Trockenleistung, Z. VDI., Bd. 82 (1938), S. 591.
W. Nernst, Beitrag zur Strahlung der Gase, Phys. Zeitschr. 1904. S. 777.
W. Nußelt, Der Wärmeübergang in der Verbrennungskraftmaschine, VDI.-Forschungsheft 264 und Z. VDI., Bd. 67 (1923), S. 692 und 708.
A. Schack, Uber die Strahlung der Feuergase und ihre praktische Berechnung, Z. techn. Phys., Bd. 15 (1924), S. 267.
E. Schmidt, Messung der Gesamtstrahlung des Wasserdampfes bei Temperaturen bis 1000° C. Forschung Ing.Wes., Bd. 3 (1932), S. 57–70.
H. C. Hottel and G. Mangelsdorf, Heat Transmission by radiation from nonluminous gases II. Experimental study of carbon dioxyde and water. Trans. Amer. Inst. Chem. Engrs., Bd. 31 (1935), S. 517/49.
E. Eckert, Messung der Gesamtstrahlung von Wasserdampf und Kohlensäure in Mischung mit nichtstrahlenden Gasen bei Temperaturen bis zu 1300° C. VDI-Forschungsheft 387, Berlin 1937.
Vor allem seien die entsprechenden Abschnitte in den Büchern von Schack und von Eckert (siehe Fußnote 2, S. 21) erwähnt, die auch zahlreiche Schrifttumsangaben enthalten. Vgl. ferner
C. Stein, Untersuchungen über den Zusatz von Karburierungsmitteln bei mit Mischgas beheizten Siemens-Martin-Öfen. Arch. Eisenhüttenwes., Bd. 1 (1928/29), S. 629–638.
A. Ziegler, Der Einfluß der Karburierung und des Wasserdampfgehaltes von Heizgasen auf den Wärmeübergang im Siemens-Martin-Ofen. Ber. Stahlwerks-Aussch. d. Ver. d. Eisenhüttenl. Nr. 96 (1925). Einen kurzen Überblick bieten auch folgende Aufsätze:
F. Patat, Wärmeübergang bei leuchtenden und nichtleuchtenden Flammen, Verfahrenstechnik 1942, Heft 3, S. 90 und 91;
O. Th. Koritnig, Die Wärmeübertragung in technischen Feuerungen durch Karburierung, Wärme, Bd. 65 (1942), S. 281 und 282.
L. Papula, Verfahren zur Erzeugung leuchtender Flammen bei methanhaltigen Gasen durch Selbstkarburierung des Methans im Ofenraum. Z. VDI., Bd. 91 (1949), S. 208.
Vgl. z. B. M. Planck, Vorlesungen über Wärmestrahlung, oder H. Gröber und S. Erk, Grundgesetze der Wärmeübertragung, S. 217. Berlin: Springer 1933.
Vgl. hierüber auch M. McCaig, Ultrarotabsorption von Wasserdampf und Kohlensäure. London, Edinburgh, Dublin Phil. Mag. J. Sci. 34 [7] (1943), S. 321 bis 342.
A. Schack, über die Strahlung der Feuergase und ihre praktische Berechnung. Z. techn. Phys., Bd. 5 (1924), S. 267–278, vgl. auch
A. Schack, Der industrielle Wärmeübergang, Verlag Stahleisen-Düsseldorf 1929, S. 206–225.
Schon vorher hatte Nußelt die Gesamtstrahlung eines Verbrennungsgases bestimmter Zusammensetzung gemessen; vgl. § 16.
Daß der Einfluß nicht immer vernachlässigbar klein ist, zeigen Messungen von Tingwaldt siehe C. Tingwaldt, Die Absorption der Kohlensäure zwischen 300 und 1100 ° C. Phys. Z., Bd. 35 (1934), S. 715–720 und Bd. 39 (1938), S. 1–6. Vgl. auch den später (S. 73) zitierten Aufsatz von Schwiedessen.
Siehe Fußnoten 11 und 12 S. 57.
Ist die Wandtemperatur T w T g , dann ist der Fehler stets kleiner als 4% in dem praktisch seltenen Fall, daß T w wesentlich größer als T g ist, können jedoch erhebliche Fehler auftreten. Vgl. E. Eckert, a. a. O., S. 14.
W. Nußelt, Die Gasstrahlung bei der Strömung im Rohr, Z. VDI., Bd. 70 (1926), S. 763–765. Vgl. auch VDI.-Forschungsheft 264 (1923).
A. Schack, a. a. O.(Fußnote 9, S. 57), und A. Schack, Der industrielle Wärmeübergang, Stahleisen-Düsseldorf 1929, Zahlentafel 18, 19 und 20 und Abb. 24–27.
E. Schmidt, Messung der Gesamtstrahlung des Wasserdampfes bei Temperaturen bis 1000° C. Forschung Bd. 3 (1932), S. 57–70.
E. Eckert, Messung der Gesamtstrahlung von Wasserdampf und Kohlensäure, in Mischung mit nichtstrahlenden Gasen bei Temperaturen bis zu 1300° C. VDI.Forschungsheft 387, Berlin 1937. Eckert schätzt seine Versuchswerte auf etwa 4% genau. Vgl. auch E. Schmidt und E. Eckert, Die Wärmestrahlung von Wasserdampf in Mischung mit nichtstrahlenden Gasen, Forschung Bd. 8 (1937), S. 87–90, ferner E. Eckert, Technische Strahlungsaustauschrechnungen, Berlin: VDI.-Verlag, 1937.
B. C. Hottel und H. G. Mangelsdorf (Fußnote 11, S. 57).
Siehe Fußnote 1, S. 63.
Hottel und Mangelsdorf haben ihre Messungen in Gemischen mit Luft durchgeführt, während bei den Messungen von Eckert reiner Stickstoff beigemischt war. Vielleicht kann der Unterschied der Ergebnisse zum Teil dadurch erklärt werden, daß der Sauerstoff der Luft die Strahlung von Kohlensäure und Wasserdampf in anderer Weise beeinflußt als Stickstoff. Die Abweichungen zwischen den verschiedenen Messungen sind auch behandelt von H. C. Hottel und R. B. Egbert in Trans. Amer. Soc. mech. Engrs., Bd. 63 (1941), S. 297–307 (Bericht hierüber von E. Eckert in Forschung Bd. 14 [1943], S. 132 und 133).
M. McCaig (vgl. Fußnote 1, S. 63) hat eine geringere Abweichung vom Beerschen Gesetz gefunden als Eckert.
Vgl. E. Eckert, a. a. O. (Fußnote 12, S. 57).
A. Schack, Die Strahlung der Feuergase, Arch. Eisenhüttenwesen, Bd. 13 (1939/40), Nr. 6, S. 241/48. (Bericht hierüber in Z. VDI., Bd. 85 [1941], S. 197); A. Schack, Zur Extrapolation der Messungen der ultraroten Strahlung von Kohlensäure und Wasserdampf. Z. techn. Physik, Bd. 22 (1941), S. 50–56.
Vgl. ferner die Arbeit von Schwiedessen, Arch. Eisenhüttenwesen (1940), (zitiert auf S. 73).
Vgl. z. B. die in folgender Fußnote zitierte Arbeit von Nußelt sowie E. Schmidt, Die Berechnung der Strahlung von Gasräumen. Z. VDI., Bd. 77 (1933), S. 1162 bis 1164.
Nußelt, Die Gasstrahlung bei der Strömung im Rohr. Z. VDI., Bd. 70 (1926), S. 763–765.
Nach einem Vorschlag des Verfassers.
Nach A. Eucken und M. Jakob, Der Chemieingenieur, Bd. I/1, S. 301, Leipzig 1933. Der Zahlenwert selbst ist ebenso wie die folgenden umgerechnet, um s durch d gl auszudrücken.
Nach Berechnungen von E. Ecken; vgl. E. Eckert a. a. O. (Fußnote 12, S. 57), S. 15 und 16 sowie Tabelle 5.
Bei der üblichen Art der Darstellung erhält man hingegen sehr unübersichtliche Zahlenwerte. Vgl. z. B. E. Eckert, a. a. O. (Fußnote 12, S. 57), Tabelle 5, S. 17.
H. Schwiedessen, Die Strahlung von Kohlensäure und Wasserdampf unter besonderer Berücksichtigung hoher Temperaturen. Arch. Eisenhüttenwes., Bd. 14 (1940/41), S. 9/14, S. 145/153 und S. 207–210. — Vgl. auch
H. Schwiedessen, Anteil von Konvektion, Wand- und Gasstrahlung bei der Wärmeübertragung in Industrieöfen. Z. VDI., Bd. 82 (1938), S. 404 und 405. — Ferner
H. Seidel, Wärmestrahlung in Überhitzern. Z. VDI., Bd. 86 (1942). S. 136 und 137.
Bei diesen Rechnungen wurde ε g∞ bei Kohlensäure zu 0,18, bei Wasserdampf unter Atmosphärendruck zu 0,65, unter 0,15 at abs. zu 0,65·0,6≈ 0,40 (vgl. Abb. 24 rechts unten) angenommen. Die Berichtigung nach Tabelle 7, die im vorliegenden Falle sehr klein ist und aus der Tabelle nur unsicher bestimmt werden könnte, wurde vernachlässigt. Bei der Berechnung von α k wurde das Gas wie reiner Stickstoff behandelt, da nach einer Überschlagsrechnung der Gehalt an CO2 und H2O den Wert von α k nur wenig beeinflußt.
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Hausen, H. (1950). Einfluß der Wärmestrahlung auf den Wärmeübergang. In: Wärmeübertragung im Gegenstrom, Gleichstrom und Kreuzstrom. Technische Physik in Einzeldarstellungen, vol 8. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-53135-4_3
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