Gas durchströmter, beheizter Schlauch

Matze · Anmeldungsdatum: 25.02.2008 Beiträge: 2

Hallo liebe Physiker,

folgendes Problem habe ich bei meiner Diplomarbeit:

Stickstoff mit einem Durchfluss von 300ml/min strömt durch einen dünnwandigen 1/8" Teflonschlauch. Das Gas strömt mit ca. 0°C ein und soll nachher auf der annähernd selben Temperatur sein, wie die Heizmatte, um die der Schlauch gewickelt wird. Die Temperatur der Matte beträgt 80°C.
Es geht nun darum, die Länge des Schlauchs zu bestimmen um auf die gewünschte Endtemperatur des Gases zu kommen.

Es wäre toll, wenn mich jemand bei meiner Berechnung unterstützen kann!
Vielen Dank und Gruß,

Mathias

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ohne einen Wert für die Wärmeleitfähigkeit

(oder den Wärmeübergangskoeffizienten und die effektive Kontaktfläche für diesen Wärmeübergang)

dürfte es da schwierig werden, etwas zu rechnen; du könntest ja mal schauen, ob du da für deinen Aufbau etwas sinnvolles findest oder abschätzen kannst.

Ich würde vermuten, dass die benötigte Schlauchlänge auch davon abhängen kann, ob man das ganze isolierend einpackt (zum Beispiel in Alufolie) oder nicht, denn je nachdem wird der Schlauch mehr oder weniger auch von außen durch warme Luft beheizt.

Findest du da sinnvolle Schätzwerte für den Wärmeübergangskoeffizienten und die effektive Kontaktfläche, oder ist es vielleicht für dich einfacher, das experimentell auszuprobieren und daraus dann einen effektiven Wert für die Wärmeleitfähigkeit deines Aufbaus zu bestimmen?

Matze · Anmeldungsdatum: 25.02.2008 Beiträge: 2

Zunächst einmal noch eine genauere Beschreibung des Aufbaus:

ich habe einen Stahlzylinder, der 320mm lang und 50mm im Durchmesser ist. Dieser Zylinder ist von außen mit Heizmatten beheizt und wird auf konstanten 80° gehalten. Darum wird der besagte Schlauch gewickelt und das ganze gut wärmeisolierend eingepackt.

Meine bisherigen Rechnungsversuche verliefen bisher wie folgt.

Einen sinnvollen Wert für den Wärmeübergangskoeffizienten habe ich versucht auszurechnen.
Laut Reynoldszahl habe ich eine laminare Strömung im Schlauch, für die wiederum gilt, dass die Nusselt Zahl sich bei 3,66 einpendelt. Damit habe ich einen Wärmeübergangskoeff. von

errechnet (kann gut sein, dass ich da schon auf dem Holzweg bin).

Jetzt dachte ich, man kann mit der Formel

nach der Länge (versteckt in A) auflösen. Allerdings weiß ich nicht, wie viel Watt (also Wert für

) ich überhaupt zuführen muss um das Gas von 0°C auf 80°C aufzuheizen.

Experimentell den Versuch durchzuführen ginge evtl. schon. Allerdings wüsste ich dann auch nicht wie ich aus den gewonnen Daten etwas sinnvolles rechne.

Danke und Gruß,
Mathias

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788