Wärme - Lehrstuhl für Thermodynamik

2.1 Grundlagen konvektiver Wärme- und Stoffübertragung 9
Diese beschriebenen Möglichkeiten gehören zu den einfacheren der
Mischkonvektionsströmungen. Viel komplizierter wird die Strömung,
wenn bei Mischkonvektion die Fluiddichte von zwei Faktoren gleichzeitig
und gegenläufig beeinflusst wird. In Abb. 3 c wurde versucht,
das resultierende Geschwindigkeitsprofil schematisch für diesen Fall
darzustellen.
Wand --> TW = const.
a) b) c)
δhyd
UMisch(y)_Auftrieb
ρWN ρ
Uerzw(y)
U
Ufrei(y)_Auftrieb
ρWN < ρ
Wand --> CN0 = const.
δhyd
Uerzw(y)
U
UMisch(y)_Abtrieb
Ufrei(y)_Abtrieb
Wand --> TW = const. und CN0 = const.
δhyd
UMisch(y)_Auftrieb
U
UMisch(y)_simultan
g g g
ρWN ρ
ρWN < ρ
UMisch(y)_Abtrieb
ρWN ρ
Abbildung 3: Zwangskonvektion mit überlagertem a) Auftrieb, b)
Abtrieb, c) simultanem Auf- und Abtrieb.
Der Quellterm wird durch zwei gegenläufige, dichteverändernde Prozesse
bestimmt. Die resultierende Dichtedifferenz ist ausschlaggebend
für das sich ausbildende Geschwindigkeitsfeld. Sollten beide Dichteveränderungen
betragsmäßig gleich sein, kann es zu einer Aufhebung
der Auf- und Abtriebseffekte kommen (Abb. 3c) und die Zwangskonvektion
bleibt unbeeinflusst.
Die größten Geschwindigkeitsänderungen vollziehen sich in der
Grenzschicht. Auch die Wärme- und Stofftransportprozesse laufen
vorwiegend innerhalb der Grenzschicht ab. Als Grenzschicht wird der
wandnahe Bereich definiert, in dem sich die Änderung der Geschwindigkeit,
der Temperatur oder der Konzentration von dem Wandwert
zu dem 98%-Wert des Kernbereiches vollzieht. Durch die Prandtl-