Hallo,
um Dir mal ein etwas klareres Bild von der Angelegenheit zu
geben, werde ich einfach mal ein paar Daten angeben.
ich habe einen Abgasstrom von 275 g/s, der von 650°C auf 500°C
runter gekühlt werden muss, da das Backpressure Valve nur
Temperaturen bis 530°C aushält.
Die Kollegen von der Motorenentwicklung haben beim Dieselrußfilter
genau das entgegengesetzte Problem. Da darf die Abgastemp. nur wenig
abkühlen, sonst ist der Aufwand zur Abreinigung zu groß (Zündtemp.
wird nicht erreicht).
Deshalb wird da in Praxis der Rußfilter so dicht an den Motor
gebracht, wie irgend möglich. Schon wenig Oberfläche am Krümmer
strahlt sehr viel Wärme ab, so daß der Wärmegradient im Krümmer
ganz erheblich ist.
Ich habe diese Einsichten nur, weil ich auch speziell für KFZ
Abgasmeßtechnik entwickelt habe. Natürlich sind die Bedingungen
etwas anders, aber imerhin ist es auch da so, daß am Abgasendrohr
kaum Temp. über 200°C anstehen. Ausnahme bei den richtig dicken
Motoren (z.B. V8 oder V10) mit Hubraum im Bereich von 6-8Liter.
Da kommen auch schon mal Temp. über 400°C zustande. Bei ordentlich
Motorlast sollten dann die Abgastemp. vom Diesel auch bis über 800°C
liegen.
Erfahrungswerte zu solcher Problematik gibt es also allemal genug.
Da solltest du mal Kontakt mit entsprechenden Fachleuten aufnehmen,
die das noch viel genauer wissen (z.B. VW, BMW, Mercedes) oder
auch viele andere Firmen/Institute und UNIs usw.
cp_abgas=1,2 kJ/kgK
cp_luft: 1,11 kJ/kgK
t_umg: 20°C
p_rohr= 4 bar
kin. viskosität luft=1,54E-5
dann habe ich den Wärmeüberganskoeff (alpha) über die
Reyleigh-Zahl ausgerechnet. Daraus resultiert der
Wärmeübergang mittels freier Konvektion.
Ra = dichte²*beta*g*cp*L³*dT/kin.visk.*lamda
Nu = 0,53*Ra^0,25
alpha = Nu*lamda/L
Das kann ich jetzt ohne Einarbeitung nicht nachprüfen.
Wie schon geschrieben passen die Bedingungen (Temp. und vor allem
Druck) nicht zu meinen erprobten Faustformeln.
den Wärmestrom der Strahlung habe ich bis jetzt mit folgender
Formel berechnet:
(Wärmetransport via Strahlung: kleiner Körper vs. sehr großen
Raum) Q_rad = sigma*oberfläche*emissionkoeff*(T^4_rohr -
T^4_umgebung)
sigma= 5,729*10^-8 W/m²K^4
emissionskoeff (stahl) = 0,3
Warum nur 0,3 für den Emmissionskoeff.?
Das scheint mir unreal. So niedrige Werte gelten nur für glänzende
Oberflächen. Die wirst du doch aber eh nicht haben, oder?
Bischen Zunder oder Oxyd drauf und schon sollte der Koeff. eher
bei 0,6 liegen!
Mit einer Beschichtung (Aufpufflack) kommst du locker über 0,9!
http://de.wikipedia.org/wiki/Emissionsgrad#Tabellen
Das macht natürlich einen Unterschied Faktor 3 gegenüber meinen
Annahmen.
Du bist bei 400°C auf 12kW/m² Strahlung gekommen. Welche
Annahmen hast Du getroffen? Mit meinen komme ich auf erheblich
andere Werte.
Ist jetzt klarer, oder?
Vielen Dank, dass Du Dich so intensiv mit mir beschäftigst!
So sehr intensiv ist es noch nicht, solange ich nur mal eben
Erfahrungswerte äußere, ohne mich in die Materie zu vertiefen.
Ich stelle aber immer wieder fest, daß solche Problematiken oft zu
großer Verunsicherung führen, weil eben keine Erfahrungswerte bereit
stehen.
Zur Verifizierung und Kontrolle deines Modells kannst du wie schon
geschrieben mal schnell einen Versuch machen.
Mit einem Heißlüfter (ca2kW) und Stück Rohr/Bleche kannst du
recht leicht die Gleichgewichtsbedingungen zw. Konvektion im Rohr
und Strahlung+Konvektion außen prüfen (natürlich nicht bei 4 Bar)
Sowas ist evtl. schon mal sehr lehrreich.
Gruß Uwi
