Wärmeübergangskoeffizient und Volumenstrom

Wissenschaft Physik
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Hallo zusammen

Ich komm gerade nicht mehr weiter:

Und zwar kämpfe ich gerade mit Wärmeleitung, Konvektion, Wärmeübergang usw.

Und zwar soll die in Elektronik durch Verlustleistung entstandene Wärme zuerst durch Wärmeleitung und dann durch erzwungene Konvektion abgeführt werden. Dazu brauche ich den benötigten Volumenstrom, der bei sagen wir mal konstant 100W Wärmestrom, die Wärme abführen kann. Dieser ist je nach Außentemperatur unterschiedlich. Ich darf eine maximale Temperaturdifferenz zwischen Luft und Elektronik von 20-30 K nicht überschreiten (Bei ca. 60°C Außentemperatur). So müsste ja eine nach der Bauteiltemperatur abhängige Kennlinie entstehen, nach der ich die Drehzahl und somit den Volumenstrom regeln kann.

Bis jetzt bin ich so weit, dass ich über die Reynolds- Zahl und die mittlere Nußelt- Zahl den mittleren Wärmeübergangskoeffizient (über die Länge des Systems) gefunden habe. Nun aber wie weiter- wie komme ich denn auf diese Kennlinie. Wie hängt der Wärmeübergangskoeffizient mit der Temperatur und dem Volumenstrom zusammen? Irgendwie bekomme ich da einen Knoten ins Gehirn…

Kann mir vielleicht einer weiterhelfen?

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Hallo,

zu solchen Problemstellungen habe ich schon so oft was geschrieben.
Durchforste mal die Links in dem Beitrag:
http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarchiv…

Wenn Du dann noch Fragen hast, melde Dich noch mal mit konktreten
Randbedingungen.

Zum Wärmeübergang an Flächen gibt’s eine brauchbare Faustformel,
die ich schon oft genutzt habe (müßte auch in den Links zu finden sein).

Gruß Uwi

Und zwar soll die in Elektronik durch Verlustleistung
entstandene Wärme zuerst durch Wärmeleitung und dann durch
erzwungene Konvektion abgeführt werden. Dazu brauche ich den
benötigten Volumenstrom, der bei sagen wir mal konstant 100W
Wärmestrom, die Wärme abführen kann.

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Hallo Uwi!

Vielen Dank erstmal!

Leider habe ich immer noch kein Zusammenhang zwischen Wärmeübergangskoeffizient, Temperaturdifferenz und Volumenstrom gefunden. Faustformeln kann ich leider auch nicht verwenden, da ich alles belegen muss.

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Hallo,

Leider habe ich immer noch kein Zusammenhang zwischen
Wärmeübergangskoeffizient, Temperaturdifferenz und
Volumenstrom gefunden.

Und wo ist das Problem?
Die Zusammenhänge sind doch nicht so kompliziert, solange
man die Wärmeübergänge nicht aus dem Urschleim der Thermodynamik
ableiten will.

Faustformeln kann ich leider auch nicht
verwenden, da ich alles belegen muss.

Ein Formel aud einem phys. Formelbuch kann man doch belegen, oder?

Du schreibst:

Ich darf eine maximale Temperaturdifferenz zwischen Luft und :Elektronik von 20-30 K nicht überschreiten (Bei ca. 60°C :Außentemperatur). So müsste ja eine nach der Bauteiltemperatur :abhängige Kennlinie entstehen, nach der ich die Drehzahl und somit :den Volumenstrom regeln kann.

Da gibt es doch verschienene Ansätze.
Der einfachste ist erstmal die Bilanz der Abwärme über die
Wärmekap. der Luft und daraus resultierende Luftwenge.

Die große Unbekannte ist sicher der Wärmeübergang
Kühlkörper - Luft. Dafür ist aber besagte empirisch ermittelte
Formel aus dem Physikbuch gut zu gebrauchen.
Die Wärmedurchgänge im Kühlkörper selbst sind meist gut
berechenbar und mögl. auch nicht wirklich relevant.
Gruß Uwi

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Und wo ist das Problem?
Die Zusammenhänge sind doch nicht so kompliziert, …

Für einen, der schon damit zu tun hatte nicht, für einen für den das Thema Neuland ist schon.

Da gibt es doch verschienene Ansätze.
Der einfachste ist erstmal die Bilanz der Abwärme über die
Wärmekap. der Luft und daraus resultierende Luftwenge.

Die hab ich schon gemacht: Volumenstrom=P_V/(c_p*roh*Delta_T)

Die große Unbekannte ist sicher der Wärmeübergang
Kühlkörper - Luft.

Ach PW soll der Wärmeübergangskoeffizient sein. Naja, den hab ich durch Messungen und Berechnungen schon herausgefunden. (Variabel nach T und Volumenstrom).

Aber wie hängt dieser nun in der Berechnung des Volumenstroms zusammen?

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Hallo,

Für einen, der schon damit zu tun hatte nicht, für einen für
den das Thema Neuland ist schon.

Naja, als Ing. muß Du damit leben, daß möglicherweise dein
ganzes Leben lang immer wieder Themen „Neuland“ sind :wink:

Da gibt es doch verschienene Ansätze.
Der einfachste ist erstmal die Bilanz der Abwärme über die
Wärmekap. der Luft und daraus resultierende Luftwenge.

Die hab ich schon gemacht: Volumenstrom=P_V/(c_p*roh*Delta_T)

Naja, da kannst Du nun schon mal ausrechnen, wieviel Luft
bei geg. Temperaturdiff. zu födern ist. Dementsprechend
ist die Größe der Lüfter zu dimensionieren.
Debei ist allerdings darauf zu achten, daß je nach Konstruktion
der Strömungwiderstand nicht vernachlässigbar ist.
Die Temperaturdiff. soll natürlich möglichst klein bleiben,
weil sonst natürlich die Oberflächentemp. am Kühlkörper steigt.

Die große Unbekannte ist sicher der Wärmeübergang
Kühlkörper - Luft.

Ach PW soll der Wärmeübergangskoeffizient sein.

???

Naja, den hab
ich durch Messungen und Berechnungen schon herausgefunden.
(Variabel nach T und Volumenstrom).

Ohne Zwangskonvektion kann der Wärmeübergang von Festkörper
zu Luft an glatten Flächen mit der Formel berechnet werden:

P = (5,6+4v)W/(1m²*1gdr) mit v in m/s (bis ca. 5m/s)

steht, so weit ich mich erinnere im Kuchling,Taschenbuch der Physik

Dementsprechend ist die Konvektion natürlich linear abhängig
von der Temp-Diff.
Welchen Einfluß die Strömung hat, kanns Du ja aus dem
Volumenstrom ableiten oder auch messen (z.B. mit Prandle-Rohr
oder mit Anemomneter).

Aber wie hängt dieser nun in der Berechnung des Volumenstroms
zusammen?

Das kommt jetzt auf die konkreten Werte an.
Es stellt sich natürlich ein Gleichgewicht zwischen den
Temperaturen der Kühlkörperoberfläche und der vorbeiströmenden
Luft ein.

Dabei ist jetzt nur noch zu beachten, daß es infolge der
Lufterwärmung an der Kühlkörperoberfläche zu einem Gradienten
zwischen Ansaugseite und Abluftseit gibt.
Bei genügend großem Luftstrom ist das aber nicht so wichtig.

Gruß Uwi