Verfügbarkeit: Anlagen- und Prozesstechnik konvektionsdominierter Thermoprozessanlagen für metallische Werkstoffe

Anlagen- und Prozesstechnik konvektionsdominierter Thermoprozessanlagen für metallische Werkstoffe:

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Lenz, Wolfgang Phillip (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Aachen SCL Verlag GmbH Januar 2023
Ausgabe:	1. Auflage
Schlagworte:	Industrieofen Wärmetechnik Metallischer Werkstoff Konvektion Thermische Verfahrenstechnik Wärmebehandlung Hochschulschrift
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	430 Seiten Illustrationen, Diagramme
ISBN:	9783964630254

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS VORWORT UND DANKSAGUNG ................................................................................................. 9 0 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS ............................................................................................. 13 0.1 PHYSIKALISCHE BASISGROESSEN UND BASISEINHEITEN ................................................. 13 0.2 PHYSIKALISCHE GROESSEN MIT ABGELEITETEN EINHEITEN .............................................. 13 0.3 PHYSIKALISCHE GROESSEN MIT ZUSAMMENGESETZTEN EINHEITEN ................................ 14 0.4 PRAEFIXE ................................................................................................................. 15 0.5 LATEINISCHE BUCHSTABEN ...................................................................................... 15 0.6 GRIECHISCHE BUCHSTABEN ..................................................................................... 31 0.7 AKRONYME ............................................................................................................ 35 0.8 ABKUERZUNGEN ....................................................................................................... 38 0.9 CHEMISCHE SPEZIES ............................................................................................. 38 1 EINLEITUNG UND UEBERSICHT UEBER KONVEKTIONSDOMINIERTE INDUSTRIEOEFEN ....................... 39 1.1 KONVEKTIONSDOMINIERTE INDUSTRIEOEFEN ZUR WAERMEBEHANDLUNG METALLISCHER PRODUKTE ............................................................................................................ 42 1.1.1 DISKONTINUIERLICHE, SATZWEISE CHARGIERTE WAERMEBEHANDLUNGSANLAGEN ........ 44 1.1.2 KONTINUIERLICHE WAERMEBEHANDLUNGSANLAGEN ................................................ 52 1.2 INDUSTRIEOEFEN ZUR ERWAERMUNG METALLISCHER VORPRODUKTE .................................... 62 1.2.1 VORWAERMOEFEN AN WALZSTRASSEN FUER LEICHTMETALLE ............................................ 62 1.2.2 GASBEHEIZTE BOLZENERWAERMUNGSANLAGEN FUER STRANGPRESSANLAGEN ............... 66 1.3 KENNZEICHNENDE KOMPONENTEN IN INDUSTRIEOEFEN MIT ERZWUNGENER KONVEKTION 68 1.3.1 GUT ................................................................................................................. 69 1.3.2 GUTLAGERUNG ................................................................................................... 69 1.3.3 HUELLMEDIUM UND ENERGIETRANSPORTMEDIUM ..................................................... 70 1.3.4 VENTILATOR ....................................................................................................... 72 1.3.5 INNENGEHAEUSE ................................................................................................ 72 1.3.6 BEHEIZUNGS ODER KUEHLEINRICHTUNG ................................................................. 73 1.3.7 ANSTROEMUNG DES GUTS .................................................................................... 76 1.4 THERMISCH BELASTETE KOMPONENTEN IN INDUSTRIEOEFEN MIT ERZWUNGENER KONVEKTION ......................................................................................................... 78 1.5 BEISPIELE FUER INDUSTRIELLE PRODUKTIONSKETTEN MIT INDUSTRIEOEFEN MIT ERZWUNGENER KONVEKTION ......................................................................................................... 81 2 ENERGIE-UND WAERMEUEBERTRAGUNG ............................................................................ 86 2.1 INNERE ENERGIE .................................................................................................... 86 2.2 AENDERUNG DER INNEREN ENERGIE ........................................................................... 87 2.3 KONVEKTION .......................................................................................................... 89 2.4 PHAENOMENE DER WAERMEUEBERTRAGUNG .................................................................. 93 2.4.1 WAERMELEITUNG ................................................................................................. 94 2.4.2 KONVEKTIVE WAERMEUEBERGAENGE ....................................................................... 96 2.4.3 STRAHLUNG ........................................................................................................ 99 2.5 ARBEIT ................................................................................................................ 103 2.6 ANALYTISCHE LOESUNGEN DER WAERMELEITUNGSGLEICHUNG ........................................ 103 2.6.1 STATIONAERE WAERMELEITUNG ............................................................................. 104 2.6.2 INSTATIONAERE WAERMELEITUNG ............................................................................ 106 2.6.3 LOESUNG BEI VERNACHLAESSIGBAREN TEMPERATURGRADIENTEN IM FESTSTOFF ........... 107 2.6.4 INSTATIONAERE, EINDIMENSIONALE WAERMELEITUNG ............................................... 108 2.6.5 INSTATIONAERE, MEHRDIMENSIONALE WAERMELEITUNG ............................................ 114 2.6.6 BERUECKSICHTIGUNG TEMPERATURABHAENGIGER STOFFDATEN .................................... 115 2.7 EMPIRISCHE MODELLGLEICHUNGEN FUER WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN .................. 116 2.8 NUMERISCHE LOESUNGEN FUER WAERMEUEBERTRAGUNGSPROBLEME ................................ 118 2.8.1 DISKRETISIERUNG ORTSABHAENGIGER TERME .......................................................... 120 2.8.2 ZEITDISKRETISIERUNG ......................................................................................... 122 2.8.3 BERUECKSICHTIGUNG TEMPERATURABHAENGIGER STOFFDATEN ..................................... 123 3 STROEMUNG ................................................................................................................ 125 3.1 GRUNDGLEICHUNGEN DER STROEMUNGSMECHANIK ................................................... 125 3.2 ANALYTISCHE LOESUNGEN DER GRUNDGLEICHUNGEN DER STROEMUNGSMECHANIK ........ 127 3.3 METHODE DER NUMERISCHEN STROEMUNGSMECHANIK... .......................................... 128 3.3.1 FINITE-VOLUMEN-DISKRETISIERUNG ..................................................................... 129 3.3.2 ANWENDUNG DER FVM AUF INKOMPRESSIBLE STROEMUNGEN ................................. 132 3.3.3 TURBULENZMODELLIERUNG ................................................................................. 132 3.3.4 WANDNAHE STROEMUNGEN ................................................................................ 139 4 MECHANIK ................................................................................................................ 141 4.1 GRUNDGLEICHUNGEN DER ELASTOSTATIK ................................................................... 141 4.2 WAERMEAUSDEHNUNG .......................................................................................... 4.3 TEMPERATURABHAENGIGE BELASTUNGSKRITERIEN ...................................................... 144 4.4 SCHWINGUNGEN .................................................................................................. 146 4.5 NUMERISCHE STRUKTURMECHANIK .......................................................................... 146 4.5.1 FINITE-ELEMENTE-METHODE ............................................................................. 147 4.5.2 MODALANALYSE ............................................................................................... 149 5 ENERGIEBILANZ VON THERMOPROZESSANLAGEN ........................................................... 151 5.1 BILANZGRENZEN ................................................................................................. 151 5.1.1 GESAMTANLAGE .............................................................................................. 153 4 5.1.2 ANTRIEB DES UMWAELZVENTILATORS .................................................................... 155 5.1.3 GESAMTANLAGE OHNE ANTRIEB ........................................................................ 156 5.1.4 OXIDATORVORWAERMUNG ................................................................................... 156 5.1.5 ANLAGE OHNE OXIDATORVORWAERMUNG .............................................................. 158 5.1.6 BEHEIZUNGSEINRICHTUNG ................................................................................ 158 5.1.7 GUT ................................................................................................................ 163 5.1.8 OFENRAUM ...................................................................................................... 164 5.2 BEWERTUNGSGROESSEN ........................................................................................... 165 5.2.1 WIRKUNGSGRADE .............................................................................................. 165 5.2.2 SPEZIFISCHER ENERGIEBEDARF ........................................................................... 165 5.2.3 NUTZENERGIE .................................................................................................. 165 5.2.4 AUFGEWENDETE ENERGIE ................................................................................. 166 5.2.5 WIRKUNGSGRADE FUER DEN STATIONAEREN BETRIEB VON VORWAERMOEFEN ..................... 167 5.2.6 BEWERTUNGSGROESSEN FUER STATIONAERE WAERMEBEHANDLUNGSANLAGEN ................... 169 5.2.7 INSTATIONAERER BETRIEB ..................................................................................... 171 5.2.8 NICHT PRODUKTIVE WAERMEKAPAZITAETEN ............................................................. 173 5.3 ERWEITERUNG DER BILANZGRENZE .......................................................................... 175 6 WERKSTOFFTECHNISCHE ANFORDERUNGEN AN THERMOPROZESSANLAGEN .......................... 178 6.1 TEMPERATUR ....................................................................................................... 178 6.2 GENAUIGKEIT ....................................................................................................... 179 6.3 AUFHEIZEN .......................................................................................................... 6.4 HALTEN ............................................................................................................... 6.5 KUEHLEN ............................................................................................................... 181 6.6 GLEICHMAESSIGKEIT ................................................................................................ 182 6.7 CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG DER OFENRAUMATMOSPHAERE ............................... 185 7 WAERMEUEBERTRAGUNG AN OBERFLAECHENKONTAKTEN ...................................................... 187 7.1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN / STAND DES WISSENS ................................................. 189 7.1.1 CHARAKTERISIERUNG VON RAUHEITEN ................................................................ 190 7.1.2 FREIE KONVEKTION IN KLEINEN KAVITAETEN .......................................................... 192 7.1.3 STRAHLUNGSAUSTAUSCH ................................................................................... 194 7.1.4 WAERMEWIDERSTAENDE ...................................................................................... 194 7.1.5 REIHEN UND PARALLELSCHALTUNG VON WAERMEWIDERSTAENDEN ............................ 196 7.1.6 FORMULIERUNG DER WAERMEWIDERSTAENDE ALS WAERMEUEBERGAENGE ...................... 196 7.1.7 FLAECHENBEZOGENE FORMULIERUNG VON WAERMEWIDERSTAENDEN ......................... 197 7.1.8 WAERMEWIDERSTANDSMODELLE ......................................................................... 7.2 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG ............................................................................. 199 5 7.3 NUMERISCHE MODELLIERUNG ................................................................................ 201 7.4 KONTAKTWAERMEWIDERSTAENDE ............................................................................... 203 7.4.1 NORMALSPANNUNGSABHAENGIGKEIT .................................................................... 203 7.4.2 TEMPERATURABHAENGIGKEIT ............................................................................... 204 7.4.3 EINFLUSS DES PROZESSGASES ........................................................................... 208 7.4.4 MODELL FUER DEN STRAHLUNGSAUSTAUSCH ............................................................. 210 7.5 ANISOTROPIE DER WAERMELEITUNG IN METALLCOILS .................................................... 212 7.5.1 AZIMUTALE WAERMESTROEME .............................................................................. 215 8 KONVEKTIVER WAERMEUEBERGANG ................................................................................ 217 8.1 STROEMUNGSSITUATIONEN DES WAERMEUEBERGANGS .................................................. 218 8.1.1 DUESENFELDER IN INDUSTRIEOEFEN ........................................................................ 222 8.1.2 BEDEUTUNG DES WAERMEUEBERGANGS IN DER BANDKUEHLUNG ............................... 223 8.2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN / STAND DES WISSENS ............................................... 224 8.2.1 GLEICHUNGEN FUER RUNDDUESENFELDER ............................................................... 225 8.2.2 GLEICHUNGEN FUER SCHLITZDUESENFELDER ............................................................. 235 8.2.3 WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENT FUER PARALLELSTROEMUNGEN ................................... 238 8.3 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG ............................................................................... 239 8.3.1 OPTISCHE WAERMEUEBERGANGSMESSUNGEN ....................................................... 239 8.3.2 ATMOSPHAERENEINFLUSS ................................................................................... 241 8.3.3 BANDKUEHLSTRECKENMODELL .............................................................................. 241 8.3.4 ENERGIEBILANZ DES MESSKOERPERS ................................................................... 243 8.4 NUMERISCHE MODELLIERUNG ................................................................................. 246 8.4.1 MODELLIERUNG WANDNAHER BEREICHE .............................................................. 246 8.4.2 AUSWERTUNG VON WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN ......................................... 247 8.4.3 MODELLIERUNGSSTRATEGIE .................................................................................. 248 8.5 EINFLUSS DER DUESENOEFFNUNGSFLAECHE ..................................................................... 250 8.6 NEIGUNG VON DUESEN .......................................................................................... 255 8.7 EINFLUSS DER ATMOSPHAERENZUSAMMENSETZUNG ................................................... 257 8.7.1 WASSERSTOFFHALTIGE PROZESSATMOSPHAEREN .................................................... 258 8.7.2 EINSATZ VON HELIUM ....................................................................................... 260 8.7.3 FLUIDLEISTUNG ................................................................................................. 261 8.8 EINFLUSS DES DRUCKS .......................................................................................... 262 8.8.1 UEBERKRITISCHES ARGON .................................................................................... 263 8.9 STRUKTURMECHANISCHE BEGRENZUNG DER STROEMUNGSMECHANISCHEN EINFLUSSFAKTOREN ............................................................................................... 264 9 UMWAELZVENTILATOREN IN INDUSTRIEOEFEN ..................................................................... 268 6 9.1 UMWAELZUNG VON PROZESSATMOSPHAERE IN INDUSTRIEOEFEN ..................................... 268 9.2 GRUNDLAGEN DER VENTILATORTECHNIK ..................................................................... 268 9.2.1 BETRIEBSVERHALTEN VON VENTILATOR UND ANLAGE ............................................... 268 9.2.2 LAUFRAEDER ..................................................................................................... 270 9.2.3 STROEMUNG IN LAUFRAEDERN ............................................................................... 275 9.2.4 KENNZAHLEN VON VENTILATOREN ....................................................................... 276 9.2.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER FOERDERUNG ...................................................... 279 9.2.6 AUFSTELLHOEHE ................................................................................................. 279 9.2.7 DISSIPATION ................................................................................................... 280 9.2.8 MECHANISCHE BELASTUNGEN VON LAUFRAEDERN .................................................. 281 9.3 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG .............................................................................. 284 9.3.1 STROEMUNGSMESSTECHNIK ............................................................................... 284 9.3.2 VENTILATORPRUEFSTAND MIT REFERENZVOLUMENSTROMMESSUNG ........................... 289 9.3.3 VENTILATORPRUEFSTAND FUER QUERSTROMVENTILATOREN BEI TEMPERATUREN BIS 500 ................................................................................ 289 9.3.4 VENTILATORPRUEFSTAND MIT EINBAUSITUATION EINER THERMOPROZESSANLAGE ........ 291 9.4 NUMERISCHE MODELLIERUNG ................................................................................ 292 9.4.1 STROEMUNGSMECHANISCHE MODELLIERUNG ........................................................ 293 9.4.2 STRUKTURMECHANISCHE MODELLIERUNG ............................................................. 295 9.5 VENTILATOREN IN THERMOPROZESSANLAGEN ........................................................... 296 9.5.1 EINBAUSITUATION ............................................................................................ 296 9.5.2 LAUFRADAUSLEGUNG VON RADIALVENTILATOREN .................................................... 303 9.5.3 QUERSTROMVENTILATOREN ................................................................................. 308 9.5.4 HEIZLEISTUNG VON VENTILATOREN ...................................................................... 317 9.6 VOLUMENSTROMMESSUNG IN THERMOPROZESSANLAGEN ........................................ 317 10 THERMOMECHANISCHE BELASTUNGEN ........................................................................ 326 10.1 THERMISCH EXPONIERTE KOMPONENTEN IN INDUSTRIEOEFEN ..................................... 326 10.2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN / STAND DES WISSENS .............................................. 328 10.2.1 THERMOSPANNUNGEN .................................................................................... 328 10.2.2 THERMISCHES KRIECHEN ................................................................................ 330 10.2.3 THERMISCHE ERMUEDUNG .............................................................................. 332 10.2.4 SCHAEDIGUNG ................................................................................................. 332 10.3 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG .............................................................................. 333 10.4 NUMERISCHE MODELLIERUNG ................................................................................ 335 10.4.1 VERBRENNUNGSMODELLE ................................................................................ 336 10.4.2 GEKOPPELTE CFD-CSM-BERECHNUNGEN ...................................................... 336 7 10.4.3 WERKSTOFFMODELLE ......................................................................................... 338 10.5 THERMOSPANNUNGEN IN STROEMUNGSFUEHRENDEN INNENGEHAEUSEN ......................... 340 10.5.1 LAGERUNG UND KOMPENSATION ...................................................................... 341 10.5.2 INHOMOGENE TEMPERATURVERTEILUNGEN IN INDUSTRIEOEFEN ............................... 342 10.5.3 BLECHDICKE ................................................................................................... 344 10.5.4 VERSTEIFUNG .................................................................................................. 347 10.5.5 INSTATIONAERE EFFEKTE ...................................................................................... 350 10.6 THERMOSPANNUNGEN IN STRAHLHEIZROHREN ......................................................... 353 10.6.1 THERMOSPANNUNGEN DURCH UNTERSCHIEDLICHE TEMPERATUREN DER SCHENKEL. .354 10.6.2 THERMOSPANNUNGEN DURCH INHOMOGENE TEMPERATURPROFILE ........................ 356 10.6.3 THERMOSPANNUNGEN DURCH TEMPERATURGRADIENTEN UEBER DIE BLECHDICKE .... 358 10.6.4 GRAVITATIONSEINFLUSS ..................................................................................... 359 10.6.5 KORROSIVER ANGRIFF DURCH ABGAS ................................................................... 361 10.7 KOMPENSATION VON THERMOSPANNUNGEN DURCH STRUKTURIERTE BAUTEILE .............. 361 10.8 THERMISCHE LASTWECHSEL ................................................................................ 367 10.9 THERMOSPANNUNGEN IM GUT ............................................................................ 369 11 SPRUEHKUEHLUNG ......................................................................................................... 372 11.1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN ............................................................................... 374 11.2 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG ............................................................................. 377 11.2.1 WASSERBEAUFSCHLAGUNGSDICHTE ................................................................... 377 11.2.2 OPTISCHE STROEMUNGSMESSUNG BEI DER BEAUFSCHLAGUNG VON OBERFLAECHEN ...378 11.2.3 WAERMEUEBERGANG AM GUT ............................................................................. 378 11.3 NUMERISCHE MODELLIERUNG ................................................................................ 380 11.4 SPRUEHKUEHLUNG VON METALLISCHEN BAENDERN BEI HORIZONTALER BANDFUEHRUNG ........ 382 12 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................. 384 13 LITERATUR ................................................................................................................. .. 14 ANHANG ................................................................................................................... 419 14.1 DISKRETES GLEICHUNGSSYSTEM FUER DIE WAERMEUEBERTRAGUNG IM PROBENSTAPEL DER KONTAKTWAERMEWIDERSTANDSMESSUNG ............................................................... 419 14.1.1 I = 0 (SYMMETRIEACHSE) ............................................................................... 422 14.1.2 0 I IMAX .................................................................................................... 425 14.1.3 I = IMAX (KONVEKTIVER WAERMEUEBERGANG) ........................................................ 428 8
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS VORWORT UND DANKSAGUNG . 9 0 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS . 13 0.1 PHYSIKALISCHE BASISGROESSEN UND BASISEINHEITEN . 13 0.2 PHYSIKALISCHE GROESSEN MIT ABGELEITETEN EINHEITEN . 13 0.3 PHYSIKALISCHE GROESSEN MIT ZUSAMMENGESETZTEN EINHEITEN . 14 0.4 PRAEFIXE . 15 0.5 LATEINISCHE BUCHSTABEN . 15 0.6 GRIECHISCHE BUCHSTABEN . 31 0.7 AKRONYME . 35 0.8 ABKUERZUNGEN . 38 0.9 CHEMISCHE SPEZIES . 38 1 EINLEITUNG UND UEBERSICHT UEBER KONVEKTIONSDOMINIERTE INDUSTRIEOEFEN . 39 1.1 KONVEKTIONSDOMINIERTE INDUSTRIEOEFEN ZUR WAERMEBEHANDLUNG METALLISCHER PRODUKTE . 42 1.1.1 DISKONTINUIERLICHE, SATZWEISE CHARGIERTE WAERMEBEHANDLUNGSANLAGEN . 44 1.1.2 KONTINUIERLICHE WAERMEBEHANDLUNGSANLAGEN . 52 1.2 INDUSTRIEOEFEN ZUR ERWAERMUNG METALLISCHER VORPRODUKTE . 62 1.2.1 VORWAERMOEFEN AN WALZSTRASSEN FUER LEICHTMETALLE . 62 1.2.2 GASBEHEIZTE BOLZENERWAERMUNGSANLAGEN FUER STRANGPRESSANLAGEN . 66 1.3 KENNZEICHNENDE KOMPONENTEN IN INDUSTRIEOEFEN MIT ERZWUNGENER KONVEKTION 68 1.3.1 GUT . 69 1.3.2 GUTLAGERUNG . 69 1.3.3 HUELLMEDIUM UND ENERGIETRANSPORTMEDIUM . 70 1.3.4 VENTILATOR . 72 1.3.5 INNENGEHAEUSE . 72 1.3.6 BEHEIZUNGS ODER KUEHLEINRICHTUNG . 73 1.3.7 ANSTROEMUNG DES GUTS . 76 1.4 THERMISCH BELASTETE KOMPONENTEN IN INDUSTRIEOEFEN MIT ERZWUNGENER KONVEKTION . 78 1.5 BEISPIELE FUER INDUSTRIELLE PRODUKTIONSKETTEN MIT INDUSTRIEOEFEN MIT ERZWUNGENER KONVEKTION . 81 2 ENERGIE-UND WAERMEUEBERTRAGUNG . 86 2.1 INNERE ENERGIE . 86 2.2 AENDERUNG DER INNEREN ENERGIE . 87 2.3 KONVEKTION . 89 2.4 PHAENOMENE DER WAERMEUEBERTRAGUNG . 93 2.4.1 WAERMELEITUNG . 94 2.4.2 KONVEKTIVE WAERMEUEBERGAENGE . 96 2.4.3 STRAHLUNG . 99 2.5 ARBEIT . 103 2.6 ANALYTISCHE LOESUNGEN DER WAERMELEITUNGSGLEICHUNG . 103 2.6.1 STATIONAERE WAERMELEITUNG . 104 2.6.2 INSTATIONAERE WAERMELEITUNG . 106 2.6.3 LOESUNG BEI VERNACHLAESSIGBAREN TEMPERATURGRADIENTEN IM FESTSTOFF . 107 2.6.4 INSTATIONAERE, EINDIMENSIONALE WAERMELEITUNG . 108 2.6.5 INSTATIONAERE, MEHRDIMENSIONALE WAERMELEITUNG . 114 2.6.6 BERUECKSICHTIGUNG TEMPERATURABHAENGIGER STOFFDATEN . 115 2.7 EMPIRISCHE MODELLGLEICHUNGEN FUER WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN . 116 2.8 NUMERISCHE LOESUNGEN FUER WAERMEUEBERTRAGUNGSPROBLEME . 118 2.8.1 DISKRETISIERUNG ORTSABHAENGIGER TERME . 120 2.8.2 ZEITDISKRETISIERUNG . 122 2.8.3 BERUECKSICHTIGUNG TEMPERATURABHAENGIGER STOFFDATEN . 123 3 STROEMUNG . 125 3.1 GRUNDGLEICHUNGEN DER STROEMUNGSMECHANIK . 125 3.2 ANALYTISCHE LOESUNGEN DER GRUNDGLEICHUNGEN DER STROEMUNGSMECHANIK . 127 3.3 METHODE DER NUMERISCHEN STROEMUNGSMECHANIK. . 128 3.3.1 FINITE-VOLUMEN-DISKRETISIERUNG . 129 3.3.2 ANWENDUNG DER FVM AUF INKOMPRESSIBLE STROEMUNGEN . 132 3.3.3 TURBULENZMODELLIERUNG . 132 3.3.4 WANDNAHE STROEMUNGEN . 139 4 MECHANIK . 141 4.1 GRUNDGLEICHUNGEN DER ELASTOSTATIK . 141 4.2 WAERMEAUSDEHNUNG . 4.3 TEMPERATURABHAENGIGE BELASTUNGSKRITERIEN . 144 4.4 SCHWINGUNGEN . 146 4.5 NUMERISCHE STRUKTURMECHANIK . 146 4.5.1 FINITE-ELEMENTE-METHODE . 147 4.5.2 MODALANALYSE . 149 5 ENERGIEBILANZ VON THERMOPROZESSANLAGEN . 151 5.1 BILANZGRENZEN . 151 5.1.1 GESAMTANLAGE . 153 4 5.1.2 ANTRIEB DES UMWAELZVENTILATORS . 155 5.1.3 GESAMTANLAGE OHNE ANTRIEB . 156 5.1.4 OXIDATORVORWAERMUNG . 156 5.1.5 ANLAGE OHNE OXIDATORVORWAERMUNG . 158 5.1.6 BEHEIZUNGSEINRICHTUNG . 158 5.1.7 GUT . 163 5.1.8 OFENRAUM . 164 5.2 BEWERTUNGSGROESSEN . 165 5.2.1 WIRKUNGSGRADE . 165 5.2.2 SPEZIFISCHER ENERGIEBEDARF . 165 5.2.3 NUTZENERGIE . 165 5.2.4 AUFGEWENDETE ENERGIE . 166 5.2.5 WIRKUNGSGRADE FUER DEN STATIONAEREN BETRIEB VON VORWAERMOEFEN . 167 5.2.6 BEWERTUNGSGROESSEN FUER STATIONAERE WAERMEBEHANDLUNGSANLAGEN . 169 5.2.7 INSTATIONAERER BETRIEB . 171 5.2.8 NICHT PRODUKTIVE WAERMEKAPAZITAETEN . 173 5.3 ERWEITERUNG DER BILANZGRENZE . 175 6 WERKSTOFFTECHNISCHE ANFORDERUNGEN AN THERMOPROZESSANLAGEN . 178 6.1 TEMPERATUR . 178 6.2 GENAUIGKEIT . 179 6.3 AUFHEIZEN . 6.4 HALTEN . 6.5 KUEHLEN . 181 6.6 GLEICHMAESSIGKEIT . 182 6.7 CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG DER OFENRAUMATMOSPHAERE . 185 7 WAERMEUEBERTRAGUNG AN OBERFLAECHENKONTAKTEN . 187 7.1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN / STAND DES WISSENS . 189 7.1.1 CHARAKTERISIERUNG VON RAUHEITEN . 190 7.1.2 FREIE KONVEKTION IN KLEINEN KAVITAETEN . 192 7.1.3 STRAHLUNGSAUSTAUSCH . 194 7.1.4 WAERMEWIDERSTAENDE . 194 7.1.5 REIHEN UND PARALLELSCHALTUNG VON WAERMEWIDERSTAENDEN . 196 7.1.6 FORMULIERUNG DER WAERMEWIDERSTAENDE ALS WAERMEUEBERGAENGE . 196 7.1.7 FLAECHENBEZOGENE FORMULIERUNG VON WAERMEWIDERSTAENDEN . 197 7.1.8 WAERMEWIDERSTANDSMODELLE . 7.2 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG . 199 5 7.3 NUMERISCHE MODELLIERUNG . 201 7.4 KONTAKTWAERMEWIDERSTAENDE . 203 7.4.1 NORMALSPANNUNGSABHAENGIGKEIT . 203 7.4.2 TEMPERATURABHAENGIGKEIT . 204 7.4.3 EINFLUSS DES PROZESSGASES . 208 7.4.4 MODELL FUER DEN STRAHLUNGSAUSTAUSCH . 210 7.5 ANISOTROPIE DER WAERMELEITUNG IN METALLCOILS . 212 7.5.1 AZIMUTALE WAERMESTROEME . 215 8 KONVEKTIVER WAERMEUEBERGANG . 217 8.1 STROEMUNGSSITUATIONEN DES WAERMEUEBERGANGS . 218 8.1.1 DUESENFELDER IN INDUSTRIEOEFEN . 222 8.1.2 BEDEUTUNG DES WAERMEUEBERGANGS IN DER BANDKUEHLUNG . 223 8.2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN / STAND DES WISSENS . 224 8.2.1 GLEICHUNGEN FUER RUNDDUESENFELDER . 225 8.2.2 GLEICHUNGEN FUER SCHLITZDUESENFELDER . 235 8.2.3 WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENT FUER PARALLELSTROEMUNGEN . 238 8.3 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG . 239 8.3.1 OPTISCHE WAERMEUEBERGANGSMESSUNGEN . 239 8.3.2 ATMOSPHAERENEINFLUSS . 241 8.3.3 BANDKUEHLSTRECKENMODELL . 241 8.3.4 ENERGIEBILANZ DES MESSKOERPERS . 243 8.4 NUMERISCHE MODELLIERUNG . 246 8.4.1 MODELLIERUNG WANDNAHER BEREICHE . 246 8.4.2 AUSWERTUNG VON WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN . 247 8.4.3 MODELLIERUNGSSTRATEGIE . 248 8.5 EINFLUSS DER DUESENOEFFNUNGSFLAECHE . 250 8.6 NEIGUNG VON DUESEN . 255 8.7 EINFLUSS DER ATMOSPHAERENZUSAMMENSETZUNG . 257 8.7.1 WASSERSTOFFHALTIGE PROZESSATMOSPHAEREN . 258 8.7.2 EINSATZ VON HELIUM . 260 8.7.3 FLUIDLEISTUNG . 261 8.8 EINFLUSS DES DRUCKS . 262 8.8.1 UEBERKRITISCHES ARGON . 263 8.9 STRUKTURMECHANISCHE BEGRENZUNG DER STROEMUNGSMECHANISCHEN EINFLUSSFAKTOREN . 264 9 UMWAELZVENTILATOREN IN INDUSTRIEOEFEN . 268 6 9.1 UMWAELZUNG VON PROZESSATMOSPHAERE IN INDUSTRIEOEFEN . 268 9.2 GRUNDLAGEN DER VENTILATORTECHNIK . 268 9.2.1 BETRIEBSVERHALTEN VON VENTILATOR UND ANLAGE . 268 9.2.2 LAUFRAEDER . 270 9.2.3 STROEMUNG IN LAUFRAEDERN . 275 9.2.4 KENNZAHLEN VON VENTILATOREN . 276 9.2.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER FOERDERUNG . 279 9.2.6 AUFSTELLHOEHE . 279 9.2.7 DISSIPATION . 280 9.2.8 MECHANISCHE BELASTUNGEN VON LAUFRAEDERN . 281 9.3 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG . 284 9.3.1 STROEMUNGSMESSTECHNIK . 284 9.3.2 VENTILATORPRUEFSTAND MIT REFERENZVOLUMENSTROMMESSUNG . 289 9.3.3 VENTILATORPRUEFSTAND FUER QUERSTROMVENTILATOREN BEI TEMPERATUREN BIS 500 . 289 9.3.4 VENTILATORPRUEFSTAND MIT EINBAUSITUATION EINER THERMOPROZESSANLAGE . 291 9.4 NUMERISCHE MODELLIERUNG . 292 9.4.1 STROEMUNGSMECHANISCHE MODELLIERUNG . 293 9.4.2 STRUKTURMECHANISCHE MODELLIERUNG . 295 9.5 VENTILATOREN IN THERMOPROZESSANLAGEN . 296 9.5.1 EINBAUSITUATION . 296 9.5.2 LAUFRADAUSLEGUNG VON RADIALVENTILATOREN . 303 9.5.3 QUERSTROMVENTILATOREN . 308 9.5.4 HEIZLEISTUNG VON VENTILATOREN . 317 9.6 VOLUMENSTROMMESSUNG IN THERMOPROZESSANLAGEN . 317 10 THERMOMECHANISCHE BELASTUNGEN . 326 10.1 THERMISCH EXPONIERTE KOMPONENTEN IN INDUSTRIEOEFEN . 326 10.2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN / STAND DES WISSENS . 328 10.2.1 THERMOSPANNUNGEN . 328 10.2.2 THERMISCHES KRIECHEN . 330 10.2.3 THERMISCHE ERMUEDUNG . 332 10.2.4 SCHAEDIGUNG . 332 10.3 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG . 333 10.4 NUMERISCHE MODELLIERUNG . 335 10.4.1 VERBRENNUNGSMODELLE . 336 10.4.2 GEKOPPELTE CFD-CSM-BERECHNUNGEN . 336 7 10.4.3 WERKSTOFFMODELLE . 338 10.5 THERMOSPANNUNGEN IN STROEMUNGSFUEHRENDEN INNENGEHAEUSEN . 340 10.5.1 LAGERUNG UND KOMPENSATION . 341 10.5.2 INHOMOGENE TEMPERATURVERTEILUNGEN IN INDUSTRIEOEFEN . 342 10.5.3 BLECHDICKE . 344 10.5.4 VERSTEIFUNG . 347 10.5.5 INSTATIONAERE EFFEKTE . 350 10.6 THERMOSPANNUNGEN IN STRAHLHEIZROHREN . 353 10.6.1 THERMOSPANNUNGEN DURCH UNTERSCHIEDLICHE TEMPERATUREN DER SCHENKEL. .354 10.6.2 THERMOSPANNUNGEN DURCH INHOMOGENE TEMPERATURPROFILE . 356 10.6.3 THERMOSPANNUNGEN DURCH TEMPERATURGRADIENTEN UEBER DIE BLECHDICKE . 358 10.6.4 GRAVITATIONSEINFLUSS . 359 10.6.5 KORROSIVER ANGRIFF DURCH ABGAS . 361 10.7 KOMPENSATION VON THERMOSPANNUNGEN DURCH STRUKTURIERTE BAUTEILE . 361 10.8 THERMISCHE LASTWECHSEL . 367 10.9 THERMOSPANNUNGEN IM GUT . 369 11 SPRUEHKUEHLUNG . 372 11.1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN . 374 11.2 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG . 377 11.2.1 WASSERBEAUFSCHLAGUNGSDICHTE . 377 11.2.2 OPTISCHE STROEMUNGSMESSUNG BEI DER BEAUFSCHLAGUNG VON OBERFLAECHEN .378 11.2.3 WAERMEUEBERGANG AM GUT . 378 11.3 NUMERISCHE MODELLIERUNG . 380 11.4 SPRUEHKUEHLUNG VON METALLISCHEN BAENDERN BEI HORIZONTALER BANDFUEHRUNG . 382 12 ZUSAMMENFASSUNG . 384 13 LITERATUR . . 14 ANHANG . 419 14.1 DISKRETES GLEICHUNGSSYSTEM FUER DIE WAERMEUEBERTRAGUNG IM PROBENSTAPEL DER KONTAKTWAERMEWIDERSTANDSMESSUNG . 419 14.1.1 I = 0 (SYMMETRIEACHSE) . 422 14.1.2 0 I IMAX . 425 14.1.3 I = IMAX (KONVEKTIVER 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