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By Heinrich Kühl

Die Anregung fiir die vorliegende Arbeit ergab sich bei einer ver gleichenden Untersuehung versehiedener Bauarten von Warmeaustau an einer exakten theoretisehen sehern fiir Gasturbinen. Das Interesse Erfassung der Vorgange im W rmeaustauseher ist hier besonders groB, weil. die Kosten des Warmeaustauschers bei Gasturbinen hoher Wirtsehaft lichkeit vielfaeh einen erhebIichen Prozentsatz der gesamten Anlage kosten ausmaehen. Bei dieser Untersuehung wurde festgestellt, daB die Unterlagen fiir die Bereehnung von in Reihe gesehalteten Kreuzstrom Warmeaustausehern damals noeh sehr liiekenhaft waren. AuBerdem liegt bei allen Kreuzstrom-Warmeaustausehern eine weitere Unsicherheit in dem EinfluB des teilweisen Temperaturausgleichs in den stromenden, Medien, der durch Warmeleitung und durch Vermischungsvorgange ver ursacht ist. Andererseits erweisen sich oft Warmeaustauscher nach dem Kreuzstromprinzip bei Gasturbinen, wie auch auf anderen Gebieten der Technik, als besonders vorteilhaft, und zwar nicht nur aus konstruktiven Griinden, sondern auch wegen der relativ hohen Warmeiibergangszahlen bei quer angestromten Rohrbiindeln. Die erforderliche warmeiibertra gende }j'lache wird hier namlich bei gleichem Druckverlust meist kleiner als bei Stromung parallel zur Rohrachse. Es besteht somit offenbar ein Interesse, die hier in der Theorie des Kreuzstrom-1Varmeaustauschers festgestellten Liicken zu schlieBen. Die vorliegende Arbeit wurde von der Technischen Hochschule Stutt gart als Habilitationsschrift angenommen. Die Herren Professoren Dr. lng. RIEKERT, Dr. -lng. QUACK und Dr. -lng. ZOLLER haben sich als Referenten der Miihe der Durehsieht meiner Arbeit unterzogen, wofiir ieh ihnen bestens danken moehte. Auf ihre Anregung wurde an verschie denen Stellen gegeniiber der urspriingliehen knappen Fassung eine aus fiihrIichere Darstellung gewahlt.

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Probleme des Kreuzstrom-Wärmeaustauschers

Die Anregung fiir die vorliegende Arbeit ergab sich bei einer ver gleichenden Untersuehung versehiedener Bauarten von Warmeaustau an einer exakten theoretisehen sehern fiir Gasturbinen. Das Interesse Erfassung der Vorgange im W rmeaustauseher ist hier besonders groB, weil. die Kosten des Warmeaustauschers bei Gasturbinen hoher Wirtsehaft lichkeit vielfaeh einen erhebIichen Prozentsatz der gesamten Anlage kosten ausmaehen.

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51) Die GraBen at, aT' alT und aTt sind in erster Linie ebenfalls von Xo und Yo abhangig. Daneben ist aber tatsachlich noch ein kleiner EinfluB des Temperaturverlaufs vorhanden, der hier vernachlassigt wird (s. S. ). Die Temperaturunterschiede Llt. und ,1T. bewirken auBerdem eine Anderung Ma, bTa der mittleren Austrittstemperaturen ta und Ta. 1st M~ die durch ilt. Anderung von ta , bT~ die durch ilT. ver- 28 Beriicksichtigung des Temperaturverlaufs am Eintritt ursachte Anderung von Ta so solI, ahnlich wie oben, gesetzt werden (52) Da die ubertragene Warmemenge in beiden Stramen dieselbe ist, werden mit W = W1/Wu = Yo/xo die Gesamtanderungen ota bzw.

22 den Unterschied der verschiedenen Anordnungen erkennen. Noch klarer zeigt diese Unterschiede die Abb. 2 iiber x;; aufgetragen ist. Man erkennt daraus die Verbesserung in der Ausniitzung der warmeiibertragenden Fliiche, die man durch Wahl der giinstigeren Anordnungen im Vergleich zu den einfacheren, aber weniger giinstigen erzielen kann. Der Unterschicd faUt zwar bei kleinen \Verten nicht sehr stark ins Gewicht, kann aber bei gro13eren 'Werten von von recht bedeutend sein. 'Venn auch die Anordnungen D und E wegen ihrer komplizierten StromfUhrung in vielen Fallen nicht in Frage kommen werden, so sollte man doch versuchen, sich wenigstens der Anordnung 0 (s.

8). ID. Verein,fachtes Verfahren zur Beriicksiehtigung des Temperatur· verlaufs am Eintritt 1. Naherungsansatze Aus den Uberlegungen des letzten Abschnitts folgt: Je mehr bei gleichen mittleren Eintrittstemperaturen t e, Te beider Strome die Unterschiede tx _o - Te, te - T y _ o der ortlichen Eintrittstemperatur gegenliber der mittleren Eintrittstemperatur des anderen Stroms in Richtung der y- bzw. x-Achse zunehmen, desto hoher wird der Warmerlickgewinn. 27 Naherungsansiitze Die Temperaturunterschiede am Eintritt oder Austritt eines Kreuzstrom-"Warmeaustauschers sollen im folgenden durch die Unterschiede ,1 t bzw.

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