Wärme von Flammen auf einer Oberfläche

Wärme-freund · Anmeldungsdatum: 16.02.2017 Beiträge: 2

Meine Frage:
Hallo Zusammen,

ich möchte gerne die Temperatur einer Sinterplatte berechnen, bei dem über der Sinterplatte eine Flamme herrscht.
Mein Ziel ist es mit der übertragenen Wärme durch Wärmestrahlung und Konvektion auf eine Oberflächentemperatur zu kommen. Mit der Oberflächentemperatur kann durch Wärmeleitung, die Temperatur auf der Unterseite berechnet werden.

Meine Ideen:
Ich möchte gerne mit den maximal möglichen Werten ausgehen, um das Material für die Unterseite auszulegen.
Für Methan habe ich einen unteren Heizwert von 600W berechnet, die aufgrund von Konvektion und Wärmestrahlung von der Flamme freigesetzt wird. Dieser müsste der maximal mögliche Wärmestrom sein. Auch mit der adiabate Flammentemperatur von 5400K von vorgemischten Methan-Sauerstoff Gemisch würde ich gerne rechnen. Ich suche eine Formel die in Abhängigkeit der Strecke von Flamme zu Oberfläche liegt. Den VDI-Wärmeatlas hat mich da leider nicht weiter gebracht und mir fällt auch nichts ein.

BITTE UM HILFE

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3399

Hallo,

Duke711 · Anmeldungsdatum: 26.01.2017 Beiträge: 434

Bist Du dir bei der Flammentemperatur sicher?

Denn die höchst erreichbare Flammentemperatur mit einem einfachen Gas-Sauerstoffbrenner liegt um die 3000 K, und zwar mit Acetylen. Nicht umsonst verwendet man beim Autogenschweißen Acetylen.

http://www.ibeda.com/de/waermtechnik-brenngaseigenschaften

Einfache Formel, auch nicht im VDI-Wärmeatlas, gibt es für diese Aufgabenstellung nicht. Denn erstens ist das Temperaturfeld der Flammensphäre sehr inhomogen:

http://www.ikz.de/1996-2005/2001/20/bilder/028003.jpg

Und zweitens handelt es ich auch noch um einen instationären Prozess. Das könnte man nur mit räumlichen, nicht gewöhnlichen und nicht linearen DGLs beschreiben. Wo es dann keine explizite Lösung mehr gibt. Nur noch eine numerische Annäherung wäre möglich.

Wärme-freund · Anmeldungsdatum: 16.02.2017 Beiträge: 2

Vielen Dank für die schnellen Rückmeldungen!

Leider habe ich keine numerischen Kenntnisse und würde es gerne analytisch berechnen.
Viele Vereinfachungen wären auch kein Problem, es muss nicht der exakte Wert sein, sondern ein angenährter Wert wäre voll akzeptabel.

Die adiabate Flammentemperatur ist definitiv richtig, da ich den Wert selber bestimmt und anhand von Lektüren verglichen habe.

Könnte man nicht mit der Wärmestrahlung zwischen zwei parallele Flächen arbeiten? In den Formeln für die Wärmestrahlung ist der Abstand vom Körper nicht gegeben und dies irritiert mich, da wenn ich z.B. meine Hand mit einer Kerzenflamme aufwärme, ist die Entfernung zur Quelle signifikant.
Wenn man annimmt, dass der untere Heizwert komplett als Wärmestrahlung freigesetzt wird und die adiabate Flammentemperatur, die Temperatur der Flamme ist, könnte man doch die Oberflächentemperatur berechnen?

Duke711 · Anmeldungsdatum: 26.01.2017 Beiträge: 434

Das kann nichts werden. Da man schon mit der richtigen Flammtemperatur rechnen sollte und nicht mit der theoretischen aus der Reaktionsgleichung. Denn eine Differenz von 2000 K hätte einen viel zu großen Einfluss af das Ergebnis, dies kann man nicht mehr vernachlässigen. Zum anderen stelle ich mir die Frage, was für ein Nutzwert eine grobe Schätzung mit einen Abweichungsfaktor von über 100% haben könnte.

Einen exakten Wert gibt es übrigens nicht, da keine explizite Lösung vorhanden ist. Und selbst ein numerischer angenäherter Wert z.B. von einer CFD Simulation könnte durchaus immer noch eine Abweichung von ~ 10% haben.

Ansonsten steht ein analytischer Lösungsweg durchaus im VDI-Wärmeatlas. Da es letztendlich aus physikalischer Sicht, nur um eine angeströmte Platte von einer sehr warmen Gas handelt zzgl. äußerlichen Konvektions- und Wärmestrahlungsbedingungen.