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Nusselt
Anmeldungsdatum: 30.05.2016
Beiträge: 6
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 Nusselt Verfasst am: 30. Mai 2016 17:00 Titel: Wärmeübergangskoeffizient Kupfer/Luft gesucht |
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Hallo,
für meine Projektarbeit muss ich die notwendige Wärmeleistung berechnen, die man benötigt um einen Quader auf 500°C zu erhitzen. Die Umgebungsluft beträgt 20°C.
Der Quader hat die Maße 300mm x 40mm x 16,5mm und besteht aus Kupfer. Der Wärmeverlust soll nur durch freie Konvektion geschehen (evtl. noch durch Strahlung, falls dies bei der Temperatur schon von Relevanz sein sollte)
Mein Problem: Ich benötige den Wärmeübergangskoeffizienten für Kupfer zu Luft. Dieser ist aber sehr vom Anwendungsfall abhängig und bei Literaturwerten sieht es eher mau aus. Kennt einer evtl. doch eine Quelle? Zur Not würde ich den Wert auch berechnen, aber das ist sehr komplex.
Grüße |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 30. Mai 2016 18:27 Titel: Re: Wärmeübergangskoeffizient Kupfer/Luft gesucht |
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Hallo,
| Nusselt hat Folgendes geschrieben: |
Mein Problem: Ich benötige den Wärmeübergangskoeffizienten für Kupfer zu Luft. Dieser ist aber sehr vom Anwendungsfall abhängig und bei Literaturwerten sieht es eher mau aus. Kennt einer evtl. doch eine Quelle?
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wärest Du hier nicht mit einer FEM-Simulation besser bedient, z. B. mit Comsol oder Ansys. Ich stell mir die Rechnung ansonsten nicht so einfach vor.
In der Simulation merkst Du dann fast zwangsläufig, von welchen Größen das alles abhängt und was Du bisher evtl. noch nicht bedacht hast (Beschichtung/Eloxierung des Metalls, über welche Fläche wird der Quader erhitzt, wie schnell und mit welcher Anregung geschieht das, welche Toleranzen lässt Du bei der Temperatur in Bezug auf Ort und Zeit zu, ehe Du sagst "jetzt hat der Quader 500°C" u. ä.)
Wichtig wäre es in dem Zusammenhang, die FEM-Ergebnisse an einem experimentellen Beispiel exemplarisch zu überprüfen, damit Du nicht "irgendwas"* simulierst. Die Simulation wird sicherlich einen Zeitverlauf für die Oberflächentemperatur des Metalls geben können. Diesen Temperaturverlauf kannst Du mit einem Infrarotthermometer** experimentell überprüfen.
Viele Grüße
Michael
* Die Simulation liefert immer ein Ergebnis. Es unterliegt Deiner Sorgfalt, ob die Simulationsergebnisse etwas mit dem Experiment zu tun haben.
** Das Metall sollte an der Messstelle lackiert werden, z. B mit Heizkörperfarbe, weil das IR-Messgerät ihn standardmäßig als schwarzen Strahler annimmt. |
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Nusselt
Anmeldungsdatum: 30.05.2016
Beiträge: 6
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| Nusselt Verfasst am: 30. Mai 2016 19:22 Titel: |
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Eine Simulation wäre natürlich auch denkbar, allerdings soll diese Berechnung keine exakte Lösung sein, sondern nur als grobe Abschätzung dienen. Es geht bei der Berechnung nur um die Dimensionierung der Heizpatronen, die den Block erhitzen sollen. Sprich die notwendige Leistung ermitteln, um die 500°C zu erreichen. Der Block ist in der Realität auch durch ein Dämmmaterial umgeben, die Berechnung soll also den "Worst-Case" darstellen. |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 30. Mai 2016 19:25 Titel: |
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| Nusselt hat Folgendes geschrieben: | | Eine Simulation wäre natürlich auch denkbar, allerdings soll diese Berechnung keine exakte Lösung sein, sondern nur als grobe Abschätzung dienen. |
Die Simulationsprogramme haben oft intern auch Datenbanken zu Materialwerten.
Alternativ ist eine exemplarische Messung vielleicht das einfachste -- zumindest besser als eine Überschlagsrechnung zu einem Problemfeld, in dem Du (wahrscheinlich) ansonsten keine Erfahrung hast. |
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Nusselt
Anmeldungsdatum: 30.05.2016
Beiträge: 6
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| Nusselt Verfasst am: 31. Mai 2016 10:37 Titel: |
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Habe mal ANSYS installiert. Problem ist, dass es da keine wirkliche Datenbank für Kupfer gibt. Es gibt nämlich nur die Wärmeleitfähigkeit, aber keine Wärmeübergangskoefizienten. Bin also genau so weit wie vorher.
Experimentell lässt sich das Ganze natürlich auch bestimmen, aber ich möchte ja eben ausrechnen, was ich für eine Wärmeleistung benötige um die Heizpatronen zu dimensionieren. Also wäre dann frei nach dem Motto "Ich nehm mal irgendwas, schau obs funktioniert und wenn nicht, hab ich Pech gehabt". Dann kann man sich die Berechnung auch sparen. |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 31. Mai 2016 10:54 Titel: |
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Hallo,
| Nusselt hat Folgendes geschrieben: |
Experimentell lässt sich das Ganze natürlich auch bestimmen, aber ich möchte ja eben ausrechnen, was ich für eine Wärmeleistung benötige um die Heizpatronen zu dimensionieren. Also wäre dann frei nach dem Motto "Ich nehm mal irgendwas, schau obs funktioniert und wenn nicht, hab ich Pech gehabt". Dann kann man sich die Berechnung auch sparen. |
Du bist jetzt ein wenig frustriert, weil nicht alles nach Plan läuft. Ich kann Dir aber versichern, dass es keine echte Aufgabe gibt, in der alles nach Plan läuft.
Inhaltlich habe ich Dir meine Meinung zum Thema gesagt. Ich an Deiner Stelle fände es interessant, der Frage genauer nachzugehen, wie denn nun die Abkühlung genau vonstatten geht (z. B. ob Strahlung einen entscheidenden Einfluss hat, wie schnell sich die Luft von der Oberfläche wegbewegt u. ä.). Das ist aber auch eine Frage des Zeitbudgets.
Du hast aber sicher einen Betreuer für Deine Arbeit. An den solltest Du Dich wenden. Der ist für solche Fragen da.
Viele Grüße
Michael |
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Nusselt
Anmeldungsdatum: 30.05.2016
Beiträge: 6
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| Nusselt Verfasst am: 31. Mai 2016 11:25 Titel: |
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Natürlich ist es auch interessant, wie der Wärmeverlust in der Realität ist und dass lässt sich logischerweise am besten über einen experimentellen Versuch ermitteln. Problem ist nur, dass ich ja eine Arbeit zu diesem Thema verfassen muss und dabei meine Vorgehensweise dokumentieren soll. Und die sollte nach der logischen Reihenfolge ablaufen, dh.: Erfassung der Problemstellung, Überlegung/Dimensionierung der Komponenten, Versuche/Bestätigung der Berechnungen. Wie soll ich denn sonst die richtigen Heizpatronen erwischen,wenn ich nicht einmal weis welche Leistung benötigt wird? Mit unbegrenzeten finanziellen Mitteln kann man natürlich alle Varianten bestellen und dann ausprobieren, aber das sollte doch nicht des Rätsels Lösung sein.
Mein Betreuer konnte mir dabei nicht wirklich weiterhelfen, diese Werte sind nur schwer auffindbar, daher meine Frage, ob es dennoch eine Datenbank für so etwas gibt.
Grüße, |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 31. Mai 2016 11:35 Titel: |
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| Nusselt hat Folgendes geschrieben: | | Wie soll ich denn sonst die richtigen Heizpatronen erwischen,wenn ich nicht einmal weis welche Leistung benötigt wird? |
Das, was Du suchst, kann kaum in Tabellen stehen, weil die Konvektion geometrieabhängig ist. Wenn ich an einem Rechner sitzen würde, auf dem Ansys installiert ist -- ich wüßte mir zu helfen.
PS: Dein Problem ist m. E., dass Du gerne bedient wärest statt selbst zu denken oder zu arbeiten. |
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Nusselt
Anmeldungsdatum: 30.05.2016
Beiträge: 6
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| Nusselt Verfasst am: 31. Mai 2016 13:04 Titel: |
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Dann verrate mir doch, wo ich diesen Wert in ANSYS finde bzw. wie ich die Simulation durchführen kann.
| Zitat: | | PS: Dein Problem ist m. E., dass Du gerne bedient wärest statt selbst zu denken oder zu arbeiten. |
So ein Quatsch! Meiner Meinung nach hast du keine Ahnung, wie man wissenschaftlich arbeitet. Übrigens, nur weil eine FEM-Simulation bunte Bildchen ausspuckt heißt das noch lange nicht, dass es sich hierbei um ein realistisches Ergebnis handelt. [/quote] |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 31. Mai 2016 13:22 Titel: |
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| Nusselt hat Folgendes geschrieben: | | Dann verrate mir doch, wo ich diesen Wert in ANSYS finde bzw. wie ich die Simulation durchführen kann. |
Ich glaube, Du bist schlau genug, Dir selbst weiterzuhelfen. Und damit wäre das von meiner Seite aus das Ende der Diskussion. |
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Nusselt
Anmeldungsdatum: 30.05.2016
Beiträge: 6
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| Nusselt Verfasst am: 31. Mai 2016 13:41 Titel: |
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Super, das hat sich ja richtig gelohnt hier zu fragen, wenn man gesagt bekommt man soll selber auf die Lösung kommen. Es ist ja nicht so, als hätte ich es nocht nicht probiert das zu lösen. |
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