Wärmetechnik

Der Wärmebau ist eine Spezialdisziplin des Maschinenbaus, die sich mit der Bewegung von Wärmeenergie und Übertragung befasst. Da die Energie zwischen zwei Medien umgewandelt oder in andere Energieformen umgewandelt werden kann, muss ein Wärmetechniker über Kenntnisse der Thermodynamik und des Prozesses zur Umwandlung von aus Wärmequellen erzeugter Energie in chemische, mechanische oder elektrische Energie verfügen.

Eine oder mehrere der folgenden Disziplinen können an der Lösung eines bestimmten wärmetechnischen Problems beteiligt sein:

Thermodynamik

Kenntnisse der Thermodynamik  sind für Nuklearingenieure , die sich mit Kernkraftreaktoren beschäftigen,  von  wesentlicher Bedeutung  . Thermodynamik  ist die Wissenschaft, die sich mit Energieerzeugung, -speicherung, -transfer und -umwandlung befasst. Es untersucht die Auswirkungen von  Arbeit ,  Wärme  und  Energie auf ein System. Die Thermodynamik  ist sowohl ein Zweig der  Physik  als auch eine  Ingenieurwissenschaft . Der Physiker  ist normalerweise daran interessiert, ein grundlegendes Verständnis zu erlangen  des physikalischen und chemischen Verhaltens fester Materiemengen in Ruhe und verwendet die Gesetze der Thermodynamik, um die Eigenschaften der Materie in Beziehung zu setzen. Ingenieure  sind im Allgemeinen daran interessiert,  Energiesysteme zu untersuchen und wie sie mit ihrer Umgebung interagieren. Unser Ziel wird es sein, die  Thermodynamik als Energieumwandlungswissenschaft einzuführen und einige der grundlegenden Konzepte und Definitionen vorzustellen, die für das Studium der  technischen Thermodynamik verwendet werden . Diese grundlegenden Konzepte und Definitionen werden auch auf Energiesysteme und schließlich auf Wärme-  oder  Kernkraftwerke angewendet  .

Strömungsmechanik

Fluiddynamik
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Die Strömungsmechanik ist der Zweig der Wärmetechnik, der sich mit der Mechanik von Flüssigkeiten (Flüssigkeiten, Gase und Plasmen) und den auf sie einwirkenden Kräften befasst. Es kann in Flüssigkeitsstatik , das Studium von Flüssigkeiten in Ruhe unterteilt werden; und Fluiddynamik. Die Strömungsmechanik  ist eine Unterdisziplin der  Strömungsmechanik , die sich mit Strömungen befasst. Flüssigkeitsdynamik ist einer der wichtigsten Bereiche der Physik. Das Leben, wie wir es kennen, würde ohne Flüssigkeiten und ohne das Verhalten, das Flüssigkeiten zeigen, nicht existieren. Die Luft, die wir atmen, und das Wasser, das wir trinken (und das den größten Teil unserer Körpermasse ausmacht), sind Flüssigkeiten. Die Fluiddynamik hat ein breites Anwendungsspektrum, einschließlich der Berechnung von Kräften und Momenten an Flugzeugen (Aerodynamik) und der Bestimmung des Massenstroms von Wasser durch Rohrleitungen (Hydrodynamik).

Die Fluiddynamik  ist ein wichtiger Bestandteil der meisten industriellen Prozesse. insbesondere solche, bei denen
Wärme übertragen wird. In Kernreaktoren erfolgt  die Wärmeabfuhr aus dem  Reaktorkern  durch Leiten eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels durch den Kern und durch andere Bereiche, in denen Wärme erzeugt wird. Die Art und Funktionsweise des Kühlmittelsystems ist eine der wichtigsten Überlegungen bei der Auslegung eines Kernreaktors.

Wärmeübertragung und Massentransfer

 

Heat Transfer - mechanisms

Die Wärmeübertragung ist eine technische Disziplin, die sich mit der Erzeugung, Nutzung, Umwandlung und dem Austausch von Wärme (Wärmeenergie) zwischen physikalischen Systemen befasst. In der Energietechnik werden wichtige Parameter und Werkstoffe von Wärmetauschern bestimmt. Die Wärmeübertragung wird normalerweise in verschiedene Mechanismen eingeteilt, wie zum Beispiel:

  • Wärmeleitung.  Die Wärmeleitung, auch Diffusion genannt, findet innerhalb eines Körpers oder zwischen zwei sich berührenden Körpern statt. Es ist der direkte mikroskopische Austausch der kinetischen Energie von Partikeln durch die Grenze zwischen zwei Systemen. Wenn ein Gegenstand eine andere Temperatur hat als ein anderer Körper oder seine Umgebung
  • Wärmekonvektion.  Die Wärmekonvektion hängt von der Bewegung der Masse von einer Raumregion zur anderen ab. Wärmekonvektion tritt auf, wenn der Massenstrom eines Fluids (Gas oder Flüssigkeit) zusammen mit dem Materiestrom im Fluid Wärme transportiert.
  • Wärmestrahlung.  Strahlung ist die Wärmeübertragung durch elektromagnetische Strahlung wie Sonnenschein, ohne dass Materie im Raum zwischen Körpern vorhanden sein muss.

In der Technik wird der Begriff konvektive Wärmeübertragung verwendet, um die kombinierten Effekte von Leitung und Flüssigkeitsströmung zu beschreiben. Zu diesem Zeitpunkt müssen wir einen neuen Mechanismus hinzufügen, der als Advektion (Transport einer Substanz durch Massenbewegung) bezeichnet wird. Aus thermodynamischer Sicht strömt Wärme durch Diffusion in ein Fluid, um dessen Energie zu erhöhen. Das Fluid überträgt (rät) diese erhöhte innere Energie (nicht Wärme) von einem Ort zu einem anderen, worauf eine zweite thermische Wechselwirkung folgt das wiederum durch Diffusion Wärme an einen zweiten Körper oder ein zweites System überträgt.