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Kühlung durch Verdunstung bestimmen
 
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Zerdenker



Anmeldungsdatum: 05.08.2020
Beiträge: 77

Beitrag Zerdenker Verfasst am: 18. Aug 2020 13:37    Titel: Kühlung durch Verdunstung bestimmen Antworten mit Zitat

Hallo zusammen,

ich würde gerne die Temperaturverteilung oberhalb einer Wasseroberfläche bestimmen. Diese wird ja neben äußeren Parametern maßgeblich durch den Effekt der Verdunstung und der daraus resultierenden Kühlwirkung beeinflusst.

Den Verdunstungswärmestrom der sich durch äußere Einflüsse ergibt bestimme ich mithilfe einer Wärmestrombilanz wie folgt:


Wärmestrom durch Sonneneinstrahlung
Transmissionswärmestrom
Konvektionswärmestrom
Wärmestrom durch Strahlung
Verdunstungswärmestrom

Nun möchte ich auf Basis dieses Verdunstungswärmestroms den kühlenden Effekt in der Umgebung bestimmen. Wie gehe ich dabei am besten vor?
Meine Umgebung ist ja ein offenes System, aber dennoch wird sich ja eine kühlende Wirkung in der Umgebungsluft (Nahbereich Wasseroberfläche) einstellen.

Meine Idee war bisher, das sich an der Wasseroberfläche eine laminare Luftschicht befindet, diese ist in ihrer Dicke abhängig von der Windgeschwindigkeit, je höher die Windgeschwindigkeit ist umso geringer die laminare Luftschicht. Wodurch bei hohen Windgeschwindigkeiten die potentielle Aufnahme von Wasser in die Luft (vorausgesetzt die Luft ist nicht gesättigt) erhöht wird.
Auf Basis des 1. Fickschen Gesetzes kann ich dann ja den Stoffstrom in der Luftschicht bestimmen, die Frage ist nur, wie verhält es sich mit der Wärme? Der Wärmestrom müsste ja in umgekehrter Richtung des Stoffstroms wirken. Sprich von der Luft ins Wasser übergehen.

Und wie kann lässt es sich erklären, dass ein auf Basis der oben dargestellten Wärmestrombilanz berechneter Verdunstungswärmestrom gar nicht zwingend in die Luft übergehen kann. Denn es ist ja an den Stoffstrom gekoppelt und dieser wird ja begrenzt durch die Aufnahmefähigkeit der Luft. Würde das bedeuten das der Verdunstungswärmestrom durch die umgebende Luftschicht begrenzt wird? Angenommen es ist absolut Windstill und die laminare Luftschicht ist maximal gesättigt, was passiert dann? Erhöhung der Wassertemperatur?

Umgangssprachlich sagt man ja das durch die Verdunstung Wärme aus der Umgebung entzogen wird. Aber wie genau findet dieser Prozess statt, wo genau wird die Wärme für die Verdunstung entzogen und wie kann ich daraus resultierende Temperaturen bestimmen.
Ich würde davon ausgehen das dem Wasser Wärme entzogen wird und sich dann ein Wärmestrom von der warmen umliegenden Luft ins Wasser einstellt, wodurch die Luft gekühlt wird. Stimmt das so? Und wenn ja wie lässt sich dieser Effekt berechnen?

Ich hoffe mir kann jemand weiterhelfen.
Vielen Dank
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3384

Beitrag ML Verfasst am: 19. Aug 2020 10:17    Titel: Re: Kühlung durch Verdunstung bestimmen Antworten mit Zitat

Hallo,

Zerdenker hat Folgendes geschrieben:

ich würde gerne die Temperaturverteilung oberhalb einer Wasseroberfläche bestimmen. Diese wird ja neben äußeren Parametern maßgeblich durch den Effekt der Verdunstung und der daraus resultierenden Kühlwirkung beeinflusst.

Ich halte das für eine ausgesprochen komplizierte Aufgabe, die Du nur in Ausnahmefällen analytisch wirst lösen können.
Gerade die Konvektion sehe ich als schwierig an. Als Wärmekapazität wird man dort die eines Stoffgesmisches ("feuchte Luft") annehmen müssen. Der Feuchtegrad hängt aber von den physikalischen Abläufen ab.
Auch wird es allein durch thermische Einflüsse zur Konvektion kommen, nicht nur dürch äußere Einflüsse.

Viele Grüße
Michael
Zerdenker



Anmeldungsdatum: 05.08.2020
Beiträge: 77

Beitrag Zerdenker Verfasst am: 20. Aug 2020 13:25    Titel: Re: Kühlung durch Verdunstung bestimmen Antworten mit Zitat

ML hat Folgendes geschrieben:
Hallo,

Zerdenker hat Folgendes geschrieben:

ich würde gerne die Temperaturverteilung oberhalb einer Wasseroberfläche bestimmen. Diese wird ja neben äußeren Parametern maßgeblich durch den Effekt der Verdunstung und der daraus resultierenden Kühlwirkung beeinflusst.

Ich halte das für eine ausgesprochen komplizierte Aufgabe, die Du nur in Ausnahmefällen analytisch wirst lösen können.
Gerade die Konvektion sehe ich als schwierig an. Als Wärmekapazität wird man dort die eines Stoffgesmisches ("feuchte Luft") annehmen müssen. Der Feuchtegrad hängt aber von den physikalischen Abläufen ab.
Auch wird es allein durch thermische Einflüsse zur Konvektion kommen, nicht nur dürch äußere Einflüsse.

Viele Grüße
Michael


Hallo,

vielen Dank für Deine Antwort.
Eine analytische Lösung wäre nicht zwingend erforderlich. Ein numerisches Berechnungsmodell wäre für meine Anwendung sicherlich ausreichend.
Die Frage die sich jedoch stellt, über welchen Ansatz kann ich die entstehenden Temperaturprofile bestimmen?

Die Randbedingungen sind soweit bekannt, den Verdunstungswärmestrom kann ich bestimmen. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit sind auch bekannt.
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