{"id":53404,"date":"2020-03-05T09:42:42","date_gmt":"2020-03-05T08:42:42","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/was-ist-konvektion-konvektive-warmeubertragung-definition\/"},"modified":"2020-03-05T09:44:02","modified_gmt":"2020-03-05T08:44:02","slug":"was-ist-konvektion-konvektive-warmeubertragung-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/de\/was-ist-konvektion-konvektive-warmeubertragung-definition\/","title":{"rendered":"Was ist Konvektion – konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung – Definition"},"content":{"rendered":"
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Konvektion ist entweder der Stoff\u00fcbergang oder der W\u00e4rme\u00fcbergang aufgrund von Massenbewegungen.\u00a0Der Prozess der W\u00e4rme\u00fcbertragung zwischen einer Oberfl\u00e4che und einem damit in Kontakt stehenden Fluid wird als konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung bezeichnet.\u00a0W\u00e4rmetechnik<\/div>\n<\/div>\n
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Was ist Konvektion?<\/h2>\n

\"Konvektion<\/a>Im Allgemeinen ist\u00a0Konvektion<\/strong>\u00a0entweder der\u00a0Stoff\u00fcbergang<\/strong>\u00a0oder der\u00a0W\u00e4rme\u00fcbergang<\/strong>\u00a0aufgrund der\u00a0Massenbewegung<\/strong>\u00a0von Molek\u00fclen in Fl\u00fcssigkeiten wie Gasen und Fl\u00fcssigkeiten.\u00a0Obwohl Fl\u00fcssigkeiten und Gase im Allgemeinen keine sehr guten W\u00e4rmeleiter sind, k\u00f6nnen sie W\u00e4rme\u00a0durch Konvektion<\/strong>\u00a0recht schnell \u00fcbertragen\u00a0.<\/p>\n

Die Konvektion<\/strong>\u00a0erfolgt durch\u00a0Advektion<\/strong>\u00a0,\u00a0Diffusion<\/strong>\u00a0oder beides.\u00a0In den meisten Festk\u00f6rpern kann keine Konvektion stattfinden, da weder eine signifikante Diffusion von Materie noch Volumenstromfl\u00fcsse stattfinden k\u00f6nnen.\u00a0Die Diffusion von W\u00e4rme findet in starren Festk\u00f6rpern statt, dies wird jedoch\u00a0W\u00e4rmeleitung genannt<\/a>\u00a0.<\/p>\n

Der Prozess der W\u00e4rme\u00fcbertragung zwischen einer Oberfl\u00e4che und einem damit in Kontakt stehenden Fluid wird als\u00a0konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung bezeichnet<\/strong>\u00a0.\u00a0In der Technik ist die konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung einer der Hauptmechanismen der\u00a0W\u00e4rme\u00fcbertragung<\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0Wenn W\u00e4rme durch eine Barriere von einem Fluid auf ein anderes \u00fcbertragen werden soll, kommt es zu einer Konvektion auf beiden Seiten der Barriere.\u00a0In den meisten F\u00e4llen liegt der Hauptwiderstand\u00a0gegen<\/a>\u00a0den W\u00e4rmefluss in der Konvektion.\u00a0Die konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung<\/strong>\u00a0erfolgt sowohl durch W\u00e4rmediffusion (die zuf\u00e4llige Bewegung von Fl\u00fcssigkeitsmolek\u00fclen) als auch durch Advektion, bei der Materie oder W\u00e4rme durch die Bewegung von Str\u00f6mungen in der Fl\u00fcssigkeit in gr\u00f6\u00dferem Ma\u00dfstab transportiert wird.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Konvektionsmechanismus<\/h2>\n

Bei der\u00a0W\u00e4rmeleitung<\/strong><\/a>\u00a0wird\u00a0Energie<\/a>\u00a0entweder durch\u00a0die Wanderung freier Elektronen<\/strong>\u00a0oder durch\u00a0Schwingungswellen (\u00a0<\/strong>Phononen<\/a><\/strong>\u00a0)<\/strong>\u00a0als\u00a0W\u00e4rme<\/a>\u00a0\u00fcbertragen\u00a0.\u00a0<\/strong>Es findet keine Massenbewegung in Richtung des Energieflusses statt.\u00a0Die W\u00e4rme\u00fcbertragung<\/a>\u00a0durch\u00a0W\u00e4rmeleitung<\/strong>\u00a0ist abh\u00e4ngig von der treibenden \u201eKraft\u201c der\u00a0Temperaturdifferenz.\u00a0<\/strong>Leitung<\/strong>\u00a0und\u00a0Konvektion<\/strong>\u00a0sind\u00a0insofern<\/strong>\u00a0\u00e4hnlich, als beide Mechanismen die Anwesenheit eines materiellen Mediums erfordern (im Vergleich zur W\u00e4rmestrahlung).\u00a0Andererseits unterscheiden sie sich darin, dass die Konvektion das Vorhandensein einer Fl\u00fcssigkeitsbewegung erfordert.<\/p>\n

Es muss betont werden\u00a0, dass an der Oberfl\u00e4che der<\/strong>\u00a0Energiefluss\u00a0\u00a0rein durch Leitung erfolgt,<\/strong>\u00a0auch in Leitung.\u00a0Es liegt daran, dass sich\u00a0auf der W\u00e4rme\u00fcbertragungsfl\u00e4che<\/strong>\u00a0immer eine\u00a0d\u00fcnne, stagnierende Fl\u00fcssigkeitsfilmschicht befindet\u00a0.\u00a0<\/strong>\u00a0In den n\u00e4chsten Schichten treten jedoch sowohl Leitungs- als auch Diffusionsmassenbewegung auf molekularer oder makroskopischer Ebene auf.\u00a0Aufgrund der Massenbewegung ist die Energie\u00fcbertragungsrate h\u00f6her.\u00a0Je h\u00f6her die Geschwindigkeit der Massenbewegung ist, desto d\u00fcnner ist die stagnierende Fl\u00fcssigkeitsfilmschicht und desto h\u00f6her ist die W\u00e4rmeflussrate.<\/p>\n

Es muss beachtet werden, dass das\u00a0Blasensieden<\/strong>\u00a0an der Oberfl\u00e4che diese stagnierende Schicht effektiv zerst\u00f6rt und daher das Blasensieden die F\u00e4higkeit einer Oberfl\u00e4che, W\u00e4rmeenergie auf das Sch\u00fcttgut zu \u00fcbertragen, signifikant erh\u00f6ht.<\/p>\n

Wie geschrieben wurde, erfolgt die W\u00e4rme\u00fcbertragung durch eine Fl\u00fcssigkeit durch Konvektion in Gegenwart einer Massenbewegung und durch Leitung in Abwesenheit derselben.\u00a0Daher kann die W\u00e4rmeleitung in einem Fluid als der Grenzfall der Konvektion angesehen werden, der dem Fall des Ruhefluids entspricht.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Konvektion als Leitung mit fl\u00fcssiger Bewegung<\/span><\/h2>\n

Einige Experten betrachten die Konvektion nicht als einen grundlegenden Mechanismus der W\u00e4rme\u00fcbertragung, da es sich im Wesentlichen um eine W\u00e4rmeleitung bei Vorhandensein einer Fl\u00fcssigkeitsbewegung handelt.\u00a0Sie betrachten es als einen\u00a0<\/span>Sonderfall der W\u00e4rmeleitung<\/span><\/strong>\u00a0, der als \u201e\u00a0<\/span>Leitung mit Fl\u00fcssigkeitsbewegung<\/span><\/strong>\u00a0\u201c bekannt ist.\u00a0Andererseits ist es\u00a0<\/span>praktisch<\/span><\/strong>\u00a0, die Konvektion trotz der g\u00fcltigen gegenteiligen Argumente als separaten W\u00e4rme\u00fcbertragungsmechanismus zu erkennen.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\"laminare<\/a>Die W\u00e4rme\u00fcbertragung durch\u00a0<\/span>Konvektion<\/span><\/strong>\u00a0ist schwieriger zu analysieren als die W\u00e4rme\u00fcbertragung durch\u00a0<\/span>W\u00e4rmeleitung,<\/span><\/a>\u00a0da keine einzige Eigenschaft des W\u00e4rme\u00fcbertragungsmediums wie die\u00a0<\/span>W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit<\/span><\/a>\u00a0definiert werden kann, um den Mechanismus zu beschreiben.\u00a0<\/span>Die konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung<\/span><\/strong>\u00a0wird durch die Tatsache erschwert, dass sie sowohl eine\u00a0<\/span>Fl\u00fcssigkeitsbewegung als auch eine W\u00e4rmeleitung beinhaltet<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Die W\u00e4rme\u00fcbertragung durch Konvektion variiert von Situation zu Situation (abh\u00e4ngig von den Fluidstr\u00f6mungsbedingungen) und ist h\u00e4ufig mit der\u00a0<\/span>Art des Fluidstroms<\/span><\/a>\u00a0gekoppelt\u00a0.\u00a0Bei erzwungener Konvektion ist die W\u00e4rme\u00fcbertragungsrate durch ein Fluid durch Konvektion viel h\u00f6her als durch W\u00e4rmeleitung.<\/span>In der Praxis wird die Analyse der W\u00e4rme\u00fcbertragung durch Konvektion\u00a0<\/span>empirisch<\/span><\/strong>\u00a0behandelt\u00a0(durch direkte experimentelle Beobachtung).\u00a0Die meisten Probleme k\u00f6nnen mit sogenannten\u00a0<\/span>Kennzahlen<\/span><\/a>\u00a0(zB\u00a0<\/span>Nusselt-Zahl<\/span><\/strong>\u00a0)\u00a0gel\u00f6st werden\u00a0.\u00a0<\/span>Kennzahlen<\/span><\/strong>\u00a0sind dimensionslose Zahlen verwendet , um\u00a0ein Zeichen der W\u00e4rme\u00fcbertragung zu beschreiben ,\u00a0und k\u00f6nnen verwendet werden zum Vergleich eine\u00a0<\/span>reale Situation<\/span><\/strong>\u00a0( zum\u00a0Beispiel W\u00e4rme\u00fcbertragung in einem Rohr) mit einem\u00a0<\/span>kleinen Modell<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Die Erfahrung zeigt, dass die Konvektionsw\u00e4rme\u00fcbertragung stark von den Fluideigenschaften, der\u00a0<\/span>dynamischen Viskosit\u00e4t<\/span><\/strong>\u00a0, der\u00a0<\/span>W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit<\/span><\/strong><\/a>\u00a0, der\u00a0<\/span>Dichte<\/span><\/strong><\/a>\u00a0und der\u00a0<\/span>spezifischen W\u00e4rme<\/span><\/a><\/strong>\u00a0sowie der<\/span>Fl\u00fcssigkeitsgeschwindigkeit<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Dies h\u00e4ngt\u00a0neben der Art des Fl\u00fcssigkeitsflusses\u00a0auch von der Geometrie und der\u00a0<\/span>Rauheit<\/span><\/a>\u00a0der festen Oberfl\u00e4che ab.\u00a0Alle diese Bedingungen wirken sich insbesondere auf die\u00a0<\/span>Dicke<\/span><\/strong>\u00a0des stehenden\u00a0Films aus<\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Bei der Konvektion wird W\u00e4rme zwischen einer Oberfl\u00e4che bei einer bestimmten Temperatur (T-\u00a0<\/span>Wand<\/span><\/sub>\u00a0) und Fl\u00fcssigkeit bei einer Massentemperatur (T\u00a0<\/span>b<\/span><\/sub>\u00a0) \u00fcbertragen.\u00a0Die genaue Definition der Massentemperatur (T\u00a0<\/span>b<\/span><\/sub>\u00a0) variiert in Abh\u00e4ngigkeit von den Einzelheiten der Situation.<\/span><\/p>\n