Wärmetauscher Berechnung Online

Wärmetauscher Leistung

In einem Wärmetauscher strömen zwei Fluide aneinander vorbei. Dabei strömt Wärme vom heißeren zum kälteren Fluid. Die Wärmetauscher Leistung, also der übertragene Wärmestrom in Watt, hängt von mehreren Faktoren ab:

• Strömungsform: Gegen- oder Gleichstrom
• Eintrittstemperaturdifferenz
• Volumenströme der beiden Fluide
• Größe der wärmeübertragenden Fläche
• Wärmedurchgangskoeffizient

Strömen beide Fluide in die gleiche Richtung spricht man von einem Gleichstromwärmetauscher, bei entgegengesetzter Richtung von einem Gegenstromwärmetauscher.

Grundsätzlich ist der Gegenstrom die thermodynamisch effizienteste Strömungsform. Bei ansonsten gleichen Faktoren wird durch bessere Ausnutzung der Temperaturverläufe mehr Wärme im Gegen- als im Gleichstrom übertragen.

Wärmetauscher berechnen

Die meisten Wärmetauscher übertragen Wärme indirekt. Das heißt die Stoffströme sind durch wärmeleitendes Material (in der Regel Metall) räumlich voneinander getrennt und können sich nicht mischen.

Die Wärme wird zunächst vom heißen Fluid an die Trennwand übertragen (konvektiver Wärmeübergang), danach findet Wärmeleitung durch die Wand statt und auf der anderen Seite gibt es wieder einen konvektiven Wärmeübergang an das kältere Fluid. Für die Leistung und Berechnung des Wärmetauschers ist ausschließlich der resultierende Gesamtwärmedurchgang entscheidend. Das kann man sich am besten analog zur Elektrotechnik als eine Reihenschaltung von 3 Widerständen vorstellen:
$$\frac{1}{kA} = R = R_{\rm fl1} + R_{\rm w} + R_{\rm fl2}$$
Anstatt eines Wärmewiderstands verwendet man häufiger das Produkt aus Wärmedurchgangskoeffizient \(k\) und wärmeübertragender Fläche \(A\).

Das treibende Potenzial für einen Wärmestrom \(\dot{Q}\) ist eine Temperaturdifferenz \(\Delta T\)  (analog zu elektrischem Strom und Spannungsdifferenz). Allerdings ist im Wärmetauscher die Temperaturdifferenz zwischen beiden Fluiden nicht konstant sondern ändert sich beim Durchströmen. Die Temperatur des kalten Fluids nimmt zu und die des warmen nimmt ab. Diese Effekte müssen bei der Wärmetauscher Berechnung berücksichtigt werden. Für einfache Strömungsformen (Gleich- und Gegenstrom) geht das mit der logarithmischen Temperaturdifferenz:
$$\dot{Q}=kA \frac{\Delta T_{\rm a} - \Delta T_{\rm b}}{\ln \frac{\Delta T_{\rm a}}{\Delta T_{\rm b}}}$$