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Abkühlung stehender/liegender Zylinder
 
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Milan97



Anmeldungsdatum: 11.07.2019
Beiträge: 2

Beitrag Milan97 Verfasst am: 11. Jul 2019 13:23    Titel: Abkühlung stehender/liegender Zylinder Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo zusammen,

Mir kam nochmal die Frage auf warum ein stehender Zylinder durch natürliche Konvektion schneller abkühlt als ein liegender (z.B die Bierdose im Kühlschrank). Rechnerisch spiegelt sich das ganze ja in verschiedenen Nusselt-Korrelationen wieder die man anschaulich nur schwer überblicken kann, ich bitte um eine rein qualitative Erklarüng. Man liest ja häufiger was von "längerer Konvektionsstrecke" entlang des stehenden Zylinders und dass über die warme Luft die nach oben steigt die kalte besser nachgezogen wird.
Aber anschaulich denke ich mir eher: Wenn die erwärmte Luft entlang der Höhe des Zylinders aufsteigt ist diese doch theoretisch länger im Kontakt mit dem Zylinder als wenn warme Luft an einem liegenden Zylinder aufsteigt und bereits nach einer kürzeren Strecke "weg" vom Zylinder ist. Wie spielt die Konvektion hier die entscheidende Rolle?
Hoffe die Frage ist klar.
Freue mich über eine anschauliche Erklärung smile


Meine Ideen:
Hat es einfach nur mit der Geometrie zu tun dass entlang des stehenden Zylinders die aufsteigende Luft besser kalte Luft nachzieht, oder weil einfach die Form der Strömung entlang der Oberfläche stehend günstiger ist als liegend?

Willkommen im Physikerboard!
Ich habe den Titel korrigiert und Deinen zweiten Beitrag gelöscht, damit es nicht so aussieht, als ob schon jemand antwortet.
Viele Grüße
Steffen
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583

Beitrag franz Verfasst am: 12. Jul 2019 00:25    Titel: Re: Abkühlung stehender/liegender Zylinder Antworten mit Zitat

Willkommen im Forum Milan97!

Ohne das Problem zu überblicken kann ich nur auf Landau / Lifschitz VI (Hydrodynamik), Kap. V (Wärmeleitung in Flüssigkeiten) verweisen.
Jacques



Anmeldungsdatum: 30.05.2019
Beiträge: 66

Beitrag Jacques Verfasst am: 12. Jul 2019 03:11    Titel: Re: Abkühlung stehender/liegender Zylinder Antworten mit Zitat

Gibt es denn wenigstens ansatzweise Angaben über die Größe des Effekts? Also um wieviel schneller eine stehende Dose eine gegebene Inhalts-Temperatur erreicht?
Milan97 hat Folgendes geschrieben:

Hat es einfach nur mit der Geometrie zu tun dass entlang des stehenden Zylinders die aufsteigende Luft besser kalte Luft nachzieht, oder weil einfach die Form der Strömung entlang der Oberfläche stehend günstiger ist als liegend? ...
Und wer sagt, daß Luft das einzige konvektierende Medium ist?
Die sich abkühlende Flüssigkeit sinkt ab (Dichte). Diese Strömung durchmischt sie andrerseits und der Pfad der Durchmischung beim Absinken ist länger und damit wirksamer als wenn die Dose liegt. Aber wie gesat, ohne eine Möglichkeit, die Temperaturverteilung und die Konvektionsströme zu kennen, ist das Plausibilitätsphysik.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5860
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 12. Jul 2019 14:58    Titel: Antworten mit Zitat

Habe mal in meinen uralten Skripten gestöbert.
Die Abkühlung hängt u.a. von der charakteristischen Länge L , die sich nach der Lage des Behälters richtet, ab. Sie geht mit L^3 in die Grashof-Zahl ein.

Bei einem zylindrischen Behälter:

Liegend: L_l = 1/2 x d x pi
Stehend: L _s = 2 x h

Mehr weiss ich auch nicht.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583

Beitrag franz Verfasst am: 12. Jul 2019 18:34    Titel: Antworten mit Zitat

Vorschlag: Ausprobieren / Meßreihe - und nach der 10ten Bierdose herrscht Klarheit. Prost
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5860
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 12. Jul 2019 19:23    Titel: Antworten mit Zitat

franz hat Folgendes geschrieben:
Vorschlag: Ausprobieren / Meßreihe - und nach der 10ten Bierdose herrscht Klarheit. Prost


Unfortunately you cannot pump beer through the internet.
Duke711



Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434

Beitrag Duke711 Verfasst am: 12. Jul 2019 20:18    Titel: Antworten mit Zitat

Da ein Zylinder eine nach innen gekrümmte Fläche hat kann dies zu einer Strömungsablösung führen wobei dann die Turbulenz das Fluid daran hinter entlang der Genzschicht aufzusteigen. Das Fluid muss dann eine deutlich längere Strecke bei einen horizontal ausgerichteten Zylinder überwinden, da der Durchmesser mit steigender Höhe zunimmt. Der Zylinder steht gegen die Strömungsrichtung.
Bei einem vertikal ausgerichteten Zylinder steht die gekrümmte Fläche nicht gegen die Strömungsrichtung. Eine Strömungsabslösung tritt deutlich später ein.
Das ist auch der Grund warum eine horizontal angeströmte Ebene deutlich langsamer abkühlt als eine vertikal angeströmte Ebene. Da bei einer horizontal ausgerichteter Ebene es sehr schnell mit zunehmender Länger zu einer Strömungsablösung kommt.
Nescio



Anmeldungsdatum: 05.12.2015
Beiträge: 279

Beitrag Nescio Verfasst am: 13. Jul 2019 13:32    Titel: Antworten mit Zitat

Ich bezweifle, dass bei einer Bierdose im Kühlschrank Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden, bei denen es überhaupt zur Ablösung kommt.
Milan97



Anmeldungsdatum: 11.07.2019
Beiträge: 2

Beitrag Milan97 Verfasst am: 28. Jul 2019 14:25    Titel: Antworten mit Zitat

Ein bisschen verspätetes Dankeschön für die Antworten, ich werde mal drüber nachdenken smile
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