Hier wird's heiss

Wissenschaft Physik
1

Hallo Leutz,
ich brauche euer Hilfe. Es geht um die Erwärmung von Wasser in einem Kupferrohr. Der Aufbau sieht folgendermaßen aus:
Einen Pumpe fördert 14 l/min eines Wasser/Glyokolgemisch (ähnlich der Mischung im Auto) mit 1bar über einen Schlauch mit 10mm Innendurchmesser zu einem 1m langem Kupferrohr mit 6mm Innendurchmesser in ein 120°C heisses Bauteil. Das Bauteil umschließt das Rohr vollständig. Die Vorlauftemperatur beträgt 20°C wie hoch ist die wahrscheinliche Temperatur am Ende des Rohres?
Ich wäre da schon sehr an dem Rechenweg interessiert, um verschiedene Varianten zu testen.

Vielen Dank schon mal vorab

Gruß Harald

P.S. es ist auch bestimmt keine Hausaufgabe aus dem Physikunterricht :wink:

2

Hallo Harald,

also, da kann man höchsten sehr grobe Schätzungen abgeben, denn es fehlen einige sehr wichtige Variablen.

Wandstärke des Rohres, dessen Innenraugigkeit, die Reynoldzahl des Gemisches, dessen Viskosität über die Temperatur, die Wärmeleitfähigkeit des Bauteils, dessen Wärmeinhalt (veränderung über die Zeit) und das ist nur das, was mir so auf die schnelle einfällt.

Gandalf

3

Gebe Gandalf durchaus recht,… aber probiern wir,

Es stimmt, es fehlt einiges (z.B. wie ist das mit dem Heizmedium ?? Fluid ?? Geschwindigkeit ??,…)

Trotzdem hab ichs probiert:

Also du bist recht schnell im Rohr : 8,2 m/s
Reynold schätze ich mit ca. 50000 also ziemlich turbulent
Der Druckverlust wird ganz schön, nämlich ca. 1,2 bar, d.h. du brauchst einen größeren Ausgangsdruck , um die Menge zu pumpen…
(gilt für hydraulisch glattes Rohr,…)

Wärmeübertragungsfläche hab ich mit 0,019 m2 berechnet
Wärmedurchgangszahl k hab ich mit 1200 W/m2K angenommen
(das ist natürlich auch so eine Sache,… kann stimmen, muß nicht)

(nach erster grober Schätzung hab ich festgestellt, daß die Erwärmung vielleicht bei 2-3 ° liegen wird, daher hab ich dann eben 2° mal angenommen und dann weitergerechnet,… )

d.h.: Durchsch. DeltaT wird sein 98-99°C (zwischen Heizmedium und dem Wasser )

–> übertragene Wärmemenge ca. 2250 Watt also ca. 0,56 kcal/s

–> ich komme jedenfalls dann auf ca. 2,5 °C Erwärmung !!

Nachdem wirklich einige Faktoren offen sind würde ich mit einigermaßen großer Toleranz sagen : Die Erwärmung wird zwischen 1°C und vielleicht 4°C liegen , genauer geht es dzt. nicht,…

(könnte ich mir auch gefühlsmäßig vorstellen, da das Wasser doch recht flott durch diese STrecke fließt - 0,12 sec ist eben nicht viel,… )

LG
Karl

4

Moin Gandalf,
vielen Dank für deine Unterstützung, ich hoffe die Angaben unten helfen weiter:

Wandstärke des Rohres, 1mm

dessen Innenraugigkeit, ein glattes gezogenes Rohr ähnlich dem Heizungsbau

die Reynoldzahl des Gemisches ?? die Strömungsgeschwindigkeit dürfte bei 8,25m/s liegen,

dessen Viskosität über die Temperatur gehen wir mal von Wasser aus

die Wärmeleitfähigkeit des Bauteils, ein Gemisch aus Kupferdraht. Stahlblech und einer Vergußmasse aus Kunststoff ähnlich einen Stator eines Elektromotors mit einen Gewicht von 40kg

dessen Wärmeinhalt das Bauteil ist voll augeheizt

(veränderung über die Zeit) die Temperatur ist eher steigend als fallend

und das ist nur das, was mir so
auf die schnelle einfällt.

Gandalf

5

Guten Morgen Karl,
vielen Dank erstmal,
der Wert bis 4°C ist ermutigend. Steigt die Erwärmung proportional mit der Rohrlänge an oder wie rechnet das sich?

LG
Karl

6

Achtung auf den Druckverlust,…

Hallo Harrald;

Also meine kleine Berechnung scheint Dir halbwegs zuzusagen,…Nur was ist Dein Ziel ?? möglichst hohe Erwärmung, oder eben gerade nicht ?? (ich weiss zu wenig über Deinen Versuchsaufbau,… ) … egal , damit bleib ich vielleicht auch objektiver,… zu Deiner Frage : Ja , in dem Falle geht die Rohrlänge direkt prop. ein weil Q = k * A * DeltaT (und in A ist die Rohrlänge auch direkt prop. drinnen) ABER Achtung mit der Rohrlänge kommt auch der Druckverlust, wie schon kurz erwähnt,…den brauchst vielleicht eher nicht,…

LG
Karl