Was ist extern vs intern – Nusselt-Nummer – Definition

Externe versus interne – Nusseltzahl – Berechnung des konvektiven Wärmedurchgangskoeffizienten. Unter diesem Gesichtspunkt unterscheiden wir: Interne Strömung, Externe Strömung. Wärmetechnik

Klassifizierung von Strömungsregimen

Das Strömungsregime kann auch gemäß der Geometrie einer Leitung  oder eines Strömungsbereichs klassifiziert werden  . Unter diesem Gesichtspunkt unterscheiden wir:

Interne Strömung  ist eine Strömung, bei der die Flüssigkeit von einer Oberfläche begrenzt wird. Die genaue Kenntnis des Verhaltens innerer Strömungsverhältnisse ist  in der Technik von Bedeutung , da kreisförmige Rohre hohen Drücken standhalten können und daher zum Fördern von Flüssigkeiten verwendet werden. Andererseits ist eine  äußere Strömung  eine solche Strömung, in der sich Grenzschichten frei entwickeln, ohne durch benachbarte Oberflächen auferlegte Einschränkungen. Die detaillierte Kenntnis des Verhaltens von  externen  Strömungsregime ist  von Bedeutung insbesondere in der Luftfahrt  und  Aerodynamik .

 

Externer Fluss

In der Fluiddynamik ist eine  externe Strömung  eine solche Strömung, in der sich  Grenzschichten  frei entwickeln, ohne dass benachbarte Oberflächen Einschränkungen auferlegen  . Im Vergleich zur internen Strömung weisen externe Strömungen  hochviskose Effekte  auf, die auf schnell wachsende „ Grenzschichten “ im Eingangsbereich oder auf dünne Scherschichten entlang der festen Oberfläche beschränkt sind. Dementsprechend wird es immer einen Bereich der Strömung außerhalb der Grenzschicht geben. In diesem Bereich ändern sich Geschwindigkeit, Temperatur und / oder Konzentration nicht und ihre Gradienten können vernachlässigt werden.

Dieser Effekt bewirkt, dass sich die  Grenzschicht  ausdehnt und die Grenzschichtdicke sich auf die kinematische Viskosität des Fluids bezieht.

Dies wird auf dem folgenden Bild gezeigt. Weit entfernt vom Körper ist der Fluss nahezu unsichtbar. Er kann als der Fluss einer Flüssigkeit um einen Körper definiert werden, der vollständig in ihn eingetaucht ist.

Grenzschicht auf flacher Platte

Externer Durchfluss – flache Platte

Die durchschnittliche Nusselt-Zahl über die gesamte Platte wird bestimmt durch:

laminare Strömung - flache Platte - Nusseltzahl

Diese Beziehung gibt den durchschnittlichen Wärmeübergangskoeffizienten für die gesamte Platte an, wenn die Strömung über die gesamte Platte laminar ist.

turbulente Strömung - flache Platte - Nusseltzahl

Diese Beziehung gibt den durchschnittlichen Wärmeübergangskoeffizienten für die gesamte Platte nur dann an, wenn die Strömung über die gesamte Platte turbulent ist oder wenn der laminare Strömungsbereich der Platte relativ zum turbulenten Strömungsbereich zu klein ist.

Interner Fluss

Interner Fluss
Quelle: White Frank M., Strömungsmechanik, McGraw-Hill Education, 7. Ausgabe, Februar 2010, ISBN: 978-0077422417

In der Fluiddynamik ist der interne Fluss ein Fluss, für den das Fluid  durch eine Oberfläche begrenzt ist . Detaillierte Kenntnisse über das Verhalten interner Strömungsregime sind in der Technik von Bedeutung, da kreisförmige Rohre hohen Drücken standhalten können und daher zum Fördern von Flüssigkeiten verwendet werden. Nicht kreisförmige Kanäle werden zum Transport von Niederdruckgasen wie Luft in Kühl- und Heizsystemen verwendet. Die interne Strömungskonfiguration ist eine praktische Geometrie für Heiz- und Kühlflüssigkeiten, die in Energieumwandlungstechnologien wie  Kernkraftwerken verwendet werden .

Für das  interne Strömungsregime ist  ein  Eingangsbereich  typisch. In diesem Bereich konvergiert eine nahezu nichtviskose stromaufwärtige Strömung und tritt in das Rohr ein. Zur Charakterisierung dieser Region wird die  hydrodynamische Eintrittslänge  eingeführt, die ungefähr gleich ist:

hydrodynamische Eingangslänge

Die maximale hydrodynamische Eintrittslänge bei  Re D, krit  = 2300  ( laminare Strömung ) beträgt L e  = 138d, wobei D der Durchmesser des Rohrs ist. Dies ist die längste mögliche Entwicklungslänge. Bei  turbulenter Strömung wachsen die Grenzschichten schneller und L e  ist relativ kürzer. Für jedes gegebene Problem muss  e  / D überprüft werden  , um  festzustellen  , ob L e  im Vergleich zur Rohrlänge vernachlässigbar ist. In einem endlichen Abstand vom Eingang können die Eingangseffekte vernachlässigt werden, da die Grenzschichten verschmelzen und der nichtviskose Kern verschwindet. Der Rohrstrom ist dann  voll entwickelt .

Interne laminare Strömung – Nusselt-Zahl

Konstante Oberflächentemperatur

Bei laminarer Strömung in einem Rohr mit konstanter Oberflächentemperatur bleiben sowohl der Reibungsfaktor als auch der Wärmeübergangskoeffizient im voll entwickelten Bereich konstant.

Laminar Flow - Circular Tube - Temperatur

Konstanter Oberflächenwärmestrom

Daher ist für voll entwickelten laminare Strömung in einem kreisförmigen Rohr konstanten Oberflächen unterworfen Wärmefluss ist die Nusselt – Zahl eine Konstante. Es besteht keine Abhängigkeit von den Reynolds- oder Prandtl-Zahlen .

Laminar Flow - Circular Tube - Flussmittel

Interne turbulente Strömung – Nusselt-Zahl

Siehe auch: Dittus-Boelter-Gleichung

Für eine vollständig entwickelte (hydrodynamisch und thermisch)  turbulente Strömung  in einem glatten kreisförmigen Rohr kann die lokale  Nusselt-Zahl  aus der bekannten  Dittus-Boelter-Gleichung erhalten werden . Die  Dittus ?? Boelter-Gleichung  ist leicht zu lösen, jedoch weniger genau, wenn ein großer Temperaturunterschied zwischen den  Flüssigkeiten besteht,  und für raue Rohre (viele kommerzielle Anwendungen) weniger genau, da sie auf glatte Rohre zugeschnitten ist.

Dittus-Boelter-Gleichung - Formel

Die  Dittus-Boelter-Korrelation  kann für kleine bis mäßige Temperaturunterschiede T wall  – T avg verwendet werden , wobei alle Eigenschaften bei einer gemittelten Temperatur T avg bewertet werden .

Bei Strömungen, die durch große Eigenschaftsschwankungen gekennzeichnet sind, müssen beispielsweise die Korrekturen (z. B. ein Viskositätskorrekturfaktor  μ / μ Wand ) berücksichtigt werden, wie von Sieder und Tate empfohlen.

Berechnung der Nusselt-Zahl nach Dittus-Boelter-Gleichung

Für eine vollständig entwickelte (hydrodynamisch und thermisch) turbulente Strömung in einem glatten kreisförmigen Rohr kann die lokale Nusselt-Zahl aus der bekannten Dittus-Boelter-Gleichung erhalten werden .

Um die Nusselt-Zahl zu berechnen , müssen wir wissen:

Die Nusselt-Zahl für die erzwungene Konvektion innerhalb des Kraftstoffkanals ist dann gleich:

Nusselt Nummer - Beispiel

 

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.