Thermalanalyse
Glossar

Absorption ist der Prozess, bei dem von Materie aufgefangene Strahlung in innere thermische Energie umgewandelt wird. Sie ist der Anteil der einfallenden Strahlung, der vom Material absorbiert wird. Dies kann durch richtungsabhängige, hemisphärische, spektrale und totale Absorptionskoeffizienten charakterisiert werden.

Eine adiabate Randbedingung ist ein Prozess oder eine Randbedingung, bei der kein Wärmeübergang stattfindet. Im Kontext der Wärmeübertragung bedeutet eine adiabate Bedingung, dass kein Wärmeaustausch zwischen dem System und seiner Umgebung stattfindet. Dies ist wichtig, da es die Analyse von Wärmeübertragungsprozessen unter spezifischen Bedingungen ermöglicht, z. B. wenn eine Isolierung das Ein- oder Austreten von Wärme verhindert.

Die Annahme adiabater Bedingungen kann die Berechnung von Wärmeübertragungsraten und Temperaturverteilungen vereinfachen. Durch Berücksichtigung adiabater Bedingungen kann man sich auf bestimmte Aspekte der Wärmeübertragung konzentrieren — wie Wärmeleitung, Konvektion oder Strahlung — ohne die zusätzliche Komplexität des Wärmeaustauschs mit der Umgebung.

Advektion bezeichnet den Transport eines Stoffes durch die Massenbewegung eines Fluids. Sie ist speziell mit der Bewegung einer großen Anzahl von Molekülen als Kollektiv oder als Aggregate im Fluid verbunden. Bei Vorhandensein eines Temperaturgradienten trägt diese kollektive Bewegung zum Wärme- oder Stofftransport bei. Im Kontext der Wärmeübertragung ist Advektion gleichbedeutend mit der Fluidmassenbewegung, die zusätzlich zur zufälligen Molekularbewegung (Diffusion) zum Gesamtwärmetransport beiträgt.

Die Biot-Zahl, bezeichnet als Bi, ist eine dimensionslose Kennzahl, die eine grundlegende Rolle bei Wärmeleitungsproblemen mit Oberflächenkonvektionseffekten spielt. Sie ist definiert als das Verhältnis des inneren Wärmewiderstands eines Festkörpers zum Wärmewiderstand an der Fest-Fluid-Grenzfläche. Mathematisch ausgedrückt:

$$Bi = \frac{h L}{k}$$

Dabei gilt:

• h ist der konvektive Wärmeübergangskoeffizient [W/m²·K]
• L ist eine charakteristische Länge (z. B. die Dicke des Festkörpers) [m]
• k ist die Wärmeleitfähigkeit des Festkörpers [W/m·K]

Die Biot-Zahl liefert ein Maß für den Temperaturabfall innerhalb des Festkörpers im Verhältnis zur Temperaturdifferenz zwischen Festkörperoberfläche und umgebendem Fluid. Sie dient zur Bewertung der Bedeutung des konvektiven Wärmeübergangs im Vergleich zum konduktiven Wärmetransport in einem gegebenen System.

Ein Schwarzkörper ist ein idealisiertes physikalisches Objekt, das alle einfallende elektromagnetische Strahlung absorbiert, unabhängig von Wellenlänge und Richtung. Er emittiert auch die maximal mögliche Strahlungsmenge für eine gegebene Temperatur und Wellenlänge. Die von einem Schwarzkörper emittierte Strahlung ist eine Funktion von Wellenlänge und Temperatur, aber unabhängig von der Richtung, was ihn zu einem diffusen Strahler macht. Keine reale Oberfläche weist die exakten Eigenschaften eines Schwarzkörpers auf, aber das Schwarzkörperkonzept dient als Standard, gegen den die Strahlungseigenschaften realer Oberflächen verglichen werden können.

Sieden ist der Prozess, bei dem Verdampfung an einer Fest-Flüssig-Grenzfläche stattfindet. Es tritt auf, wenn die Oberflächentemperatur die Sättigungstemperatur entsprechend dem Fluiddruck übersteigt. Wärme wird von der Festkörperoberfläche an die Flüssigkeit übertragen, was zur Bildung von Dampfblasen führt, die wachsen und sich von der Oberfläche ablösen. Sieden kann unter verschiedenen Bedingungen auftreten, wie Behältersieden, erzwungenem Konvektionssieden, unterkühltem Sieden und gesättigtem Sieden, jeweils mit unterschiedlichen Eigenschaften.

Eine Grenzschicht ist eine dünne Fluidschicht, die sich in der Nähe einer Oberfläche entwickelt, wenn ein Fluid über diese Oberfläche strömt. Sie ist durch einen graduellen Übergang der Fluidgeschwindigkeit (Geschwindigkeitsgrenzschicht) und anderer Eigenschaften wie der Temperatur (thermische Grenzschicht) von der Oberfläche zum äußeren Freistrom gekennzeichnet. Die Grenzschicht wird typischerweise durch ihre Dicke definiert und ist wichtig bei Problemen mit konvektivem Wärmeübergang.

Auftrieb bezeichnet die aufwärtsgerichtete Kraft, die ein Fluid auf einen darin eingetauchten Gegenstand ausübt. Diese Kraft resultiert aus der Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite des Gegenstands und steht in direktem Zusammenhang mit der Dichte des Fluids.

Im Kontext der Strömungsmechanik spielen Auftriebskräfte eine bedeutende Rolle bei der Antriebung der Fluidbewegung bei freier Konvektion, wo durch Temperaturunterschiede verursachte Dichteänderungen zu Auftriebskräften führen. Diese Kräfte treiben die Fluidbewegung an und resultieren in Phänomenen wie natürlicher Zirkulation und Wärmeübertragung in verschiedenen Ingenieur- und Umweltanwendungen.

Kondensation ist der Prozess, bei dem ein Stoff von seinem gasförmigen in seinen flüssigen Zustand übergeht. Sie ist ein entscheidendes Phänomen bei Wärme- und Stoffübertragung, da sie den Transfer thermischer Energie (Wärme) und den Massentransfer von der Dampfphase in die Flüssigphase beinhaltet.

Wärmeleitung ist der Transfer von Energie innerhalb eines Mediums infolge eines Temperaturgradienten und tritt aufgrund zufälliger atomarer oder molekularer Aktivität auf. Diese Art der Wärmeübertragung wird durch das Fouriersche Gesetz beschrieben, das die Wärmestromdichte in Beziehung zur Temperaturverteilung innerhalb des Mediums setzt. Wärmeleitung kann in verschiedenen Szenarien auftreten, einschließlich stationärer und instationärer Wärmeleitung, sowohl in ein- als auch in mehrdimensionalen Systemen.

Erfahren Sie mehr über Wärmeübertragung durch Wärmeleitung.

Konvektion bezeichnet die Form der Wärmeübertragung, die sowohl den Energietransport durch die Massenbewegung des Fluids (Advektion) als auch die zufällige Bewegung der Fluidmoleküle (Wärmeleitung oder Diffusion) umfasst. Sie tritt auf, wenn ein sich bewegendes Fluid mit einer Oberfläche unterschiedlicher Temperatur in Kontakt kommt, was zum Wärmetransfer führt.

Erfahren Sie mehr über Wärmeübertragung durch Konvektion.

Diffusion ist die Bewegung von Molekülen aus einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration. Es ist ein Prozess, bei dem sich Moleküle aufgrund ihrer zufälligen Bewegung ausbreiten und mit anderen Molekülen vermischen. Im Kontext der Stoffübertragung bezeichnet Diffusion die Bewegung einer Komponente innerhalb eines Gemisches infolge einer Konzentrationsdifferenz. Dieser Prozess wird durch das Ficksche Gesetz beschrieben.

Diffusivität ist ein Maß dafür, wie schnell sich ein Stoff ausbreitet oder diffundiert. Sie kann als Proportionalitätskonstante zwischen dem Fluss eines Stoffes und seinem Konzentrationsgradienten definiert werden.

Die dynamische Viskosität, bezeichnet mit dem Symbol μ, ist definiert als das Maß für den Widerstand eines Fluids gegen Scher- oder Winkelverformung. Sie quantifiziert die innere Reibung innerhalb des Fluids während der Strömung und ist eine Schlüsseleigenschaft, die bestimmt, wie sich das Fluid unter Schubspannung verhält. Bei einem Newtonschen Fluid ist die dynamische Viskosität direkt proportional zur Scherverformung. Sie wird in Einheiten von [Pa·s] im SI-System gemessen.

Das elektromagnetische Spektrum umfasst alle Formen elektromagnetischer Strahlung, von hochenergetischen Gammastrahlen und Röntgenstrahlen über ultraviolette (UV) Strahlung, sichtbares Licht und Infrarotstrahlung bis zu längeren Wellenlängen wie Mikrowellen und Radiowellen. Es deckt Wellenlängen von etwa 0,1 bis 100 μm ab.

Emission bezeichnet den Prozess, bei dem ein Material thermische Energie in Form von Strahlung abgibt. Diese Strahlung wird als elektromagnetische Wellen emittiert, und die Intensität sowie die spektrale Verteilung der emittierten Strahlung hängen von Temperatur und Eigenschaften des emittierenden Materials ab.

Die Enthalpie H ist eine thermodynamische Eigenschaft eines Systems. Sie repräsentiert die gesamte innere Energie eines Systems, einschließlich der mit Druck und Volumen verbundenen Energie. Die Enthalpie ist definiert als H = U + PV, wobei U die innere Energie, P der Druck und V das Volumen ist.

Verdampfung ist der Prozess, bei dem eine Flüssigkeit in ein Gas oder einen Dampf übergeht. Dies geschieht, wenn die Moleküle einer Flüssigkeit genügend Energie aufnehmen, um sich aus der Flüssigphase zu lösen und in die Gasphase einzutreten. Die für die Verdampfung erforderliche Energie stammt typischerweise aus der Umgebung, und der Prozess bewirkt einen Kühleffekt auf die verbleibende Flüssigkeit.

Erzwungene Konvektion ist der Wärmeübertragungsprozess, bei dem die Fluidbewegung durch äußere Mittel verursacht wird, wie einen Lüfter, eine Pumpe oder Wind. Ein Beispiel ist die Verwendung eines Lüfters zur Luftkühlung heißer elektronischer Bauteile auf Leiterplatten. Bei erzwungener Konvektion wird die Strömung durch äußere Kräfte und nicht durch natürliche Auftriebskräfte angetrieben.

Beim erzwungenen Konvektionssieden erfolgt der Großteil der Wärmeübertragung durch direkten Transfer von der heißen Oberfläche an die Flüssigkeit. Dies ähnelt einer Form erzwungener Konvektion in der Flüssigphase, bei der die Fluidbewegung durch aufsteigende Dampfblasen induziert wird.

Fouling bezeichnet die Ansammlung unerwünschten Materials auf Festkörperoberflächen, insbesondere in Wärmetauschern. Dieser Aufbau kann die Wärmeübertragungseffizienz verringern und den Strömungswiderstand erhöhen, was zu einer verminderten Leistung des Wärmetauschers führt. Fouling kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden, wie Feststoffablagerung, Ausfällung gelöster Salze, biologisches Wachstum oder chemische Reaktionen.

Der Foulingfaktor, bezeichnet als R_f, ist ein Maß für den Wärmewiderstand, der durch die Ablagerung von Verunreinigungen auf einer Wärmeübertragungsfläche verursacht wird. Er repräsentiert den zusätzlichen Wärmewiderstand durch Fouling und wird typischerweise in [m² · K/W] ausgedrückt. Höhere Foulingfaktoren weisen auf einen größeren Widerstand gegen Wärmeübertragung infolge von Verschmutzung hin.

Die Fourier-Zahl, oft als Fo bezeichnet, ist ein dimensionsloser Zeitparameter zur Charakterisierung instationärer Wärmeleitungsprobleme. Sie ist definiert als das Verhältnis der Wärmeleitungsrate innerhalb eines Festkörpers zur Rate der thermischen Energiespeicherung. Mathematisch ausgedrückt:

$$Fo = \frac{\alpha \cdot t}{L^2}$$

• α ist die Temperaturleitfähigkeit des Festkörpers
• t ist die Zeit
• L ist eine charakteristische Länge des Festkörpers

Die Fourier-Zahl wird verwendet, um die relative Bedeutung der Wärmeleitung innerhalb eines Festkörpers über einen gegebenen Zeitraum zu bestimmen. Eine kleine Fourier-Zahl zeigt an, dass der Wärmeleitungsprozess relativ schnell im Vergleich zur Wärmespeicherrate ist; eine große Fourier-Zahl bedeutet, dass die Wärmespeicherung im Festkörper im Vergleich zur Wärmeleitung bedeutsam ist.

Das Fouriersche Gesetz ist ein grundlegendes Prinzip der Wärmeleitung und beschreibt die Beziehung zwischen Wärmestromdichte (Wärmeübertragungsrate pro Flächeneinheit) und dem Temperaturgradienten (Temperaturänderungsrate mit der Entfernung) in einem Material. Es wird durch die Gleichung ausgedrückt:

$$q = -k \nabla T$$

Dabei gilt:

• q ist die Wärmestromdichte [W/m²]
• k ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials [W/m·K]
• ∇T ist der Temperaturgradient [K/m]

Das Fouriersche Gesetz besagt, dass die Wärmestromdichte proportional zum negativen Temperaturgradienten ist, und es gilt für alle Formen von Materie, einschließlich Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen.

Natürliche Konvektion ist eine Art der Fluidbewegung, die innerhalb eines Fluids als Folge von Auftrieb ohne jegliche äußere Antriebsbedingung auftritt. Sie entsteht, wenn eine Volumenkraft — üblicherweise die Schwerkraft — auf ein Fluid mit Dichtegradienten einwirkt und zur Entwicklung freier Konvektionsströmungen führt.

Die Froude-Zahl (Fr) ist eine dimensionslose Kennzahl zur Quantifizierung des Einflusses der Schwerkraft auf die Fluidbewegung. Sie ist definiert als das Verhältnis von Trägheitskräften zu Schwerkraftkräften:

$$Fr = \frac{V}{\sqrt{gL}}$$

• V ist die charakteristische Geschwindigkeit [m/s]
• g ist die Erdbeschleunigung [m/s²]
• L ist die charakteristische Länge [m]

Im Kontext der Fluidströmung ist die Froude-Zahl besonders wichtig bei der Analyse von Freispiegel-Strömungen und bei der Bestimmung des Strömungsregimes, z. B. strömend, kritisch oder schießend.

Die Grashof-Zahl ist eine dimensionslose Kennzahl, die Auftriebskräfte zu Zähigkeitskräften bei freier Konvektion in Beziehung setzt. Sie ist definiert als:

$$Gr = \frac{g \cdot \beta \cdot \Delta T \cdot L^3}{\nu^2}$$

Dabei gilt:

• g ist die Erdbeschleunigung
• β ist der volumetrische Wärmeausdehnungskoeffizient
• ΔT ist die Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und umgebendem Fluid
• L ist eine charakteristische Länge
• ν ist die kinematische Viskosität

Die Grashof-Zahl spielt bei freier Konvektion eine entscheidende Rolle, ähnlich der Rolle der Reynolds-Zahl bei erzwungener Konvektion.

Ein grauer Körper ist ein theoretisches Konzept der Wärmestrahlung und Wärmeübertragung. Er bezeichnet eine Oberfläche, die Strahlung mit einem Emissionsgrad und Absorptionsgrad emittiert und absorbiert, die unabhängig von der Wellenlänge der Strahlung sind. Das bedeutet, ein grauer Körper emittiert und absorbiert Strahlung bei allen Wellenlängen gleich gut — er hat einen konstanten Emissionsgrad und Absorptionsgrad über das gesamte elektromagnetische Spektrum.

Die Wärmestromdichte, bezeichnet mit q'', ist die Wärmeübertragungsrate pro Flächeneinheit. Sie ist ein Maß für die Menge thermischer Energie, die pro Zeiteinheit durch eine Oberfläche strömt. Sie wird in Einheiten von Watt pro Quadratmeter [W/m²] ausgedrückt.

Ein ideales Gas ist ein theoretisches Gas, bestehend aus einer großen Anzahl von Molekülen ohne Eigenvolumen und ohne intermolekulare Kräfte. Das Verhalten eines idealen Gases wird durch das ideale Gasgesetz beschrieben:

$$P V = n R T$$

Dabei gilt:

• P ist der Druck
• V ist das Volumen
• n ist die Stoffmenge
• R ist die universelle Gaskonstante
• T ist die Temperatur

Bestrahlung bezeichnet die auf eine Oberfläche pro Flächeneinheit einfallende Strahlungsenergie. Sie steht in Zusammenhang mit dem Strahlungswärmetransfer, da sie bestimmt, wie viel Strahlung von einer Oberfläche absorbiert wird.

Die kinematische Viskosität, bezeichnet mit dem Symbol ν, ist eine Fluideigenschaft, definiert als das Verhältnis von dynamischer Viskosität (gemessen in [Pa·s]) zur Massendichte ρ (gemessen in [kg/m³]). Sie hat die Einheit [m²/s]. Die kinematische Viskosität ist ein Maß für den Strömungswiderstand eines Fluids unter Einfluss der Schwerkraft und gibt Aufschluss über die innere Reibung und Verformungsfähigkeit des Fluids.

Laminare Strömung ist eine Art der Fluidströmung, bei der sich das Fluid in parallelen Schichten mit minimaler Vermischung bewegt. Bei laminarer Strömung fließt das Fluid glatt und geordnet, und die Geschwindigkeit an jedem Punkt bleibt über die Zeit konstant. Diese Strömungsart ist durch wohldefinierte Stromlinien und niedrige Geschwindigkeitsgradienten innerhalb des Fluids gekennzeichnet.

Latente Wärme bezeichnet die Energie, die mit einem Phasenwechsel eines Stoffes verbunden ist, z. B. von fest zu flüssig, flüssig zu gasförmig oder umgekehrt. Diese Energie steht nicht in Zusammenhang mit einer Temperaturänderung, sondern mit der Änderung des Aggregatzustands des Stoffes.

Das Lumped-Capacitance-Verfahren ist ein vereinfachter Ansatz zur Analyse instationärer Wärmeleitungsprobleme, bei denen ein Festkörper einer plötzlichen Änderung seiner thermischen Umgebung ausgesetzt wird. Das Verfahren nimmt an, dass die Temperatur innerhalb des Festkörpers zu jedem Zeitpunkt räumlich gleichmäßig ist, d. h. Temperaturgradienten im Inneren des Festkörpers werden als vernachlässigbar betrachtet.

Zur Bestimmung der Gültigkeit wird die Biot-Zahl berechnet. Wenn die Biot-Zahl unter einem bestimmten Schwellenwert liegt (typischerweise 0,1), gilt das Verfahren als zulässig. Die charakteristische Länge L_c, definiert als Verhältnis von Volumen zu Oberfläche, und die Fourier-Zahl werden zusammen mit der Biot-Zahl zur Charakterisierung instationärer Wärmeleitungsprobleme verwendet.

Das Newtonsche Abkühlungsgesetz ist ein grundlegendes Prinzip der Wärmeübertragung. Es besagt, dass die Wärmeübertragungsrate zwischen einer Oberfläche und einem Fluid proportional zur Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Fluid ist. Mathematisch ausgedrückt:

$$q'' = h \cdot \left( T_s - T_{\infty} \right)$$

Dabei gilt:

• q'' ist die Wärmestromdichte [W/m²]
• h ist der konvektive Wärmeübergangskoeffizient [W/m²⋅K]
• T_s ist die Oberflächentemperatur [K]
• T_∞ ist die Fluidtemperatur weit von der Oberfläche entfernt [K]

Erfahren Sie mehr über das Newtonsche Abkühlungsgesetz.

Ein Phasenwechsel bezeichnet den Übergang eines Stoffes von einem Aggregatzustand in einen anderen, z. B. von fest zu flüssig, flüssig zu gasförmig oder umgekehrt. Während eines Phasenwechsels kann die dem Stoff zugeordnete Energie in fühlbare Energie, die primär mit Temperaturänderungen zusammenhängt, und latente Energie, die mit dem Phasenübergang verbunden ist, unterteilt werden.

Behältersieden ist ein Prozess, der auftritt, wenn die Temperatur einer Festkörperoberfläche die Sättigungstemperatur entsprechend dem Fluiddruck übersteigt. Wärme wird von der Oberfläche an die Flüssigkeit übertragen, was zur Bildung von Dampfblasen führt, die sich dann von der Oberfläche ablösen. Behältersieden tritt typischerweise unter Bedingungen auf, bei denen die Flüssigkeit ruhend ist und die Bewegung nahe der Oberfläche auf natürliche Konvektion und durch Blasenbildung/-ablösung verursachte Vermischung zurückzuführen ist.

Die Prandtl-Zahl, bezeichnet als Pr, ist eine dimensionslose Kennzahl, die das Verhältnis von Impulsdiffusivität (kinematische Viskosität) zu Temperaturleitfähigkeit in einem Fluid darstellt. Sie liefert ein Maß für die relative Wirksamkeit von Impuls- und Energietransport durch Diffusion in der Geschwindigkeits- bzw. thermischen Grenzschicht.

In laminaren Grenzschichten beeinflusst der Wert der Prandtl-Zahl die relative Dicke der Geschwindigkeitsgrenzschichten und der thermischen Grenzschichten erheblich.

Siehe Wärmestrahlung.

Die Strahlungsintensität bezieht sich auf die Richtungsverteilung der Strahlung, die eine Oberfläche verlässt oder aus verschiedenen Richtungen auf eine Oberfläche einfällt. Sie wird mathematisch unter Verwendung des sphärischen Koordinatensystems definiert, wobei der differentielle Raumwinkel zur Messung der Richtungsverteilung der Strahlung verwendet wird.

Reflexion ist der Prozess, bei dem einfallende Strahlung von der Oberfläche eines Materials zurückgeworfen wird. Im Kontext des Strahlungswärmetransfers spielt Reflexion eine wichtige Rolle bei der Bestimmung, wie viel thermische Energie von einem Material absorbiert wird. Die Reflektivität einer Oberfläche — definiert als das Verhältnis von reflektierter zu einfallender Strahlung — beeinflusst, wie viel Energie vom Material absorbiert wird.

Die Reynolds-Zahl, bezeichnet als Re, ist eine dimensionslose Kennzahl der Strömungsmechanik zur Vorhersage von Strömungsmustern. Sie stellt das Verhältnis von Trägheitskräften zu Zähigkeitskräften innerhalb eines Fluids dar. Die Reynolds-Zahl wird mit folgender Formel berechnet:

$$Re = \frac{ρ · u · L}{μ}$$

Dabei gilt:

• ρ ist die Dichte des Fluids [kg/m³]
• u ist die Geschwindigkeit des Fluids [m/s]
• L ist eine charakteristische Länge [m]
• μ ist die dynamische Viskosität des Fluids [Pa·s]

Bei niedriger Reynolds-Zahl dominieren Zähigkeitskräfte und die Strömung bleibt laminar. Bei hoher Reynolds-Zahl dominieren Trägheitskräfte, was zu turbulenter Strömung führt.

Gesättigtes Sieden tritt auf, wenn die Temperatur der Flüssigkeit etwas über der Sättigungstemperatur liegt. Blasen, die sich an der Oberfläche bilden, werden dann durch Auftriebskräfte durch die Flüssigkeit getrieben und entweichen schließlich an einer freien Oberfläche.

Sonnenstrahlung bezeichnet die elektromagnetische Strahlung, die von der Sonne emittiert wird. Der Sonnenstrahlungsfluss am äußeren Rand der Erdatmosphäre wird mit 1368 W/m² gemessen und variiert abhängig von Faktoren wie geografischer Breite, Tageszeit und Jahreszeit.

Unterkühltes Sieden tritt auf, wenn die Temperatur der Kernflüssigkeit niedriger ist als die Sättigungstemperatur. In diesem Siedemodus können Blasen, die sich an der Oberfläche bilden, in der Flüssigkeit kondensieren. Der Prozess des unterkühlten Siedens umfasst natürliche Konvektion und durch Blasenbildung und -ablösung induzierte Vermischung und beeinflusst den Wärmeübergangskoeffizienten erheblich.

Eine thermische Grenzschicht entwickelt sich, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen dem Freistrom des Fluids und der Oberfläche besteht, über die das Fluid strömt. Diese Grenzschicht ist grundlegend bei Problemen mit Wärmeübertragung und konvektivem Transport. Ihre Dicke wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, wie die Prandtl-Zahl und den Abstand von der Vorderkante der Oberfläche.

Wärmestrahlung bezeichnet die elektromagnetische Energie, die von Materie infolge ihrer Temperatur emittiert wird. Sie konzentriert sich im Spektralbereich von etwa 0,1 bis 100 μm. Alle Formen von Materie emittieren Wärmestrahlung, und sie ist ein bedeutender Faktor beim Wärmeenergietransfer zwischen Oberflächen und ihrer Umgebung.

Erfahren Sie mehr über Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung.

Transmission bezeichnet den Prozess des Transfers thermischer Energie infolge einer räumlichen Temperaturdifferenz. Wann immer eine Temperaturvariation innerhalb eines Mediums oder zwischen verschiedenen Medien besteht, findet Wärmeübertragung statt. Dieser Energietransfer kann durch Wärmeleitung, Konvektion oder Wärmestrahlung erfolgen.

Turbulente Strömung ist eine chaotische und ungeordnete Fluidbewegung, die durch unregelmäßige Schwankungen in Geschwindigkeit und Druck gekennzeichnet ist. Sie zeichnet sich durch turbulente Wirbel aus, die zur Vermischung von Fluidteilchen führen. Bei turbulenter Strömung wird der Transport von Impuls, Energie und Spezies durch turbulente Vermischung verstärkt.

Der Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung wird durch Auslösemechanismen wie natürliche Strömungsstrukturen oder Störungen innerhalb des Fluids beeinflusst. Innerhalb einer turbulenten Grenzschicht können drei Bereiche nach dem Abstand von der Oberfläche unterschieden werden: eine viskose Unterschicht, eine Übergangsschicht und ein turbulenter Kern.

Verdampfung ist die Umwandlung eines Stoffes von einem flüssigen oder festen Zustand in eine Dampf- oder Gasphase. Dies kann durch Sieden, also schnelle Verdampfung am Siedepunkt der Flüssigkeit, oder durch Verdunstung, einen langsameren Prozess an der Oberfläche einer Flüssigkeit unterhalb ihres Siedepunkts, erfolgen.

Eine Geschwindigkeitsgrenzschicht entwickelt sich, wenn ein Fluid über eine Oberfläche strömt. Diese Grenzschicht ist durch eine dünne Zone gekennzeichnet, in der Geschwindigkeitsgradienten und Schubspannungen bedeutsam sind, während diese außerhalb dieser Zone vernachlässigbar sind. Die Dicke der Grenzschicht, bezeichnet als δ, ist der Abstand von der Oberfläche, bei dem die Fluidgeschwindigkeit 99 % der Freistromgeschwindigkeit erreicht.

Sichtfaktoren, auch als Einstrahlzahlen oder Formfaktoren bekannt, sind ein Konzept zur Quantifizierung des Strahlungsaustauschs zwischen Oberflächen. Sie stellen den Anteil der von einer Oberfläche ausgehenden Strahlung dar, der von einer anderen Oberfläche aufgefangen wird. Sichtfaktoren werden durch die Geometrie der Oberflächen bestimmt und dienen zur Berechnung des Strahlungswärmetransfers zwischen ihnen. Sie sind im Kontext der Wärmestrahlung wichtig und spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Energieaustauschs in verschiedenen Ingenieur- und physikalischen Systemen.