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Natürliche Konvektion
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Natürliche Konvektion wird durch die Schwerkraft ausgelöst. Niedrigere Temperaturzonen, in denen sich die Masse zusammengezogen hat und daher größer ist, neigen dazu, durch Verdrängung einer Masse höherer Temperatur abzufallen, die im erweiterten Zustand weniger dicht und daher leichter ist.
ID:(1167, 0)
Turbulenzen durch eine Zigarette erzeugt
Beschreibung
Eine Zigarette hat eine glühende Spitze, die die Luft in ihrer Umgebung erhitzt. Zusätzlich ermöglicht der ausgestoßene Rauch, die Bewegung der Luft sichtbar zu machen. Durch die Erhitzung dehnt sich die Luft aus, was zu einer Verringerung der Dichte führt und somit eine Auftriebskraft erzeugt. Dadurch beginnt der Rauch laminar aufzusteigen und es bilden sich die typischen Linien.
Im Verlauf dieses Prozesses beginnt das Gas abzukühlen, verliert an Auftriebskraft und bestimmte Bereiche steigen langsamer auf, was die aufwärts gerichtete Luftbewegung behindert. Dadurch entstehen Turbulenzen und die langsamer aufsteigenden Bereiche beginnen sich zu drehen und bilden Teil der Wirbel, die in diesem Bereich beobachtet werden.
ID:(1654, 0)
Unterschiedliche Viskositäten
Beschreibung
Die Viskosität hat einen tiefgreifenden Einfluss auf das Verhalten eines Fluids, wie in den folgenden drei Beispielen zu sehen ist:
ID:(7068, 0)
Natürliche Konvektion
Beschreibung
Natürliche Konvektion wird durch die Schwerkraft ausgelöst. Niedrigere Temperaturzonen, in denen sich die Masse zusammengezogen hat und daher größer ist, neigen dazu, durch Verdrängung einer Masse höherer Temperatur abzufallen, die im erweiterten Zustand weniger dicht und daher leichter ist.
Variablen
Berechnungen
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Variable
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Ziel :
Gleichung
Zu verwenden
Gleichungen
Beispiele
Die Grashof-Zahl beschreibt die Instabilit t einer Konvektionsstr mung und steht in Beziehung zur Reynolds-Zahl f r eine Geschwindigkeit der Gr enordnung
| $ v =\displaystyle\frac{ g }{ \eta }( \rho_b - \rho_m ) h ^2$ |
Ihr Ausdruck ist
| $ Gr =\displaystyle\frac{ \rho ^2 g \alpha }{ \eta ^2}( T_b - T_t ) h ^3$ |
(ID 9041)
Die durchschnittliche Geschwindigkeit eines turbulenten Str mungsvorgangs in Konvektion kann durch die Liftkraft modelliert werden, die durch die Dichteschwankungen aufgrund von W rme entsteht, mithilfe der Gleichung:
| $ v =\displaystyle\frac{ g }{ \eta }( \rho_b - \rho_m ) h ^2$ |
(ID 9042)
Das Mischungsverh ltnis von Wasserdampf und Luft wird definiert als das Verh ltnis der Massen der einzelnen Komponenten in einem Volumen:
$\displaystyle\frac{M_v}{M_a}=\displaystyle\frac{n_vM_{mol,v}}{n_aM_{mol,a}}=\displaystyle\frac{p_v}{p_a}\displaystyle\frac{M_{mol,v}}{M_{mol,a}}\sim 0.01$
Dabei sind $M_v$ und $M_a$ die Massen von Wasserdampf und Luft, $n_v$ und $n_a$ die Stoffmengen von Wasserdampf und Luft, $M_{mol,v}$ und $M_{mol,a}$ die molaren Massen von Wasserdampf und Luft, $p_v$ und $p_a$ die relativen Dr cke von Wasserdampf und Luft, und $r$ ist das Mischungsverh ltnis. Daher gilt
| $ r =\displaystyle\frac{ M_v }{ M_a }$ |
Im speziellen Fall von Wasserdampf in der Luft ist das Mischungsverh ltnis proportional zu den relativen Dr cken, die mit dem Wasserdampfdruck $p_v\sim 1500 Pa$ und dem Luftdruck $p_a\sim 10^5 Pa$ quantifiziert werden k nnen. Durch Anwendung der idealen Gasgleichung und der Definition der molaren Masse ergibt sich ein Mischungsverh ltnis von ungef hr $0.01$. Das bedeutet, dass unter normalen Bedingungen der Wasserdampfgehalt im Vergleich zur Luft gering ist.
(ID 7069)
Das entscheidende Kriterium zur Bestimmung, ob ein Medium laminar oder turbulent ist, ist die sogenannte Reynolds-Zahl, die die Energie, die mit der Tr gheit verbunden ist, mit derjenigen vergleicht, die mit der Viskosit t verbunden ist. Erstere h ngt von die Dichte ($\rho$), die Mittlere Geschwindigkeit der Flüssigkeit ($v$) und die Typische Abmessungen des Systems ($R$) ab, w hrend letztere von die Viskosität ($\eta$) abh ngt. Sie wird definiert als:
| $ Re =\displaystyle\frac{ \rho R v }{ \eta }$ |
(ID 3177)
Eine Zigarette hat eine gl hende Spitze, die die Luft in ihrer Umgebung erhitzt. Zus tzlich erm glicht der ausgesto ene Rauch, die Bewegung der Luft sichtbar zu machen. Durch die Erhitzung dehnt sich die Luft aus, was zu einer Verringerung der Dichte f hrt und somit eine Auftriebskraft erzeugt. Dadurch beginnt der Rauch laminar aufzusteigen und es bilden sich die typischen Linien.
Im Verlauf dieses Prozesses beginnt das Gas abzuk hlen, verliert an Auftriebskraft und bestimmte Bereiche steigen langsamer auf, was die aufw rts gerichtete Luftbewegung behindert. Dadurch entstehen Turbulenzen und die langsamer aufsteigenden Bereiche beginnen sich zu drehen und bilden Teil der Wirbel, die in diesem Bereich beobachtet werden.
(ID 1654)
Die Viskosit t hat einen tiefgreifenden Einfluss auf das Verhalten eines Fluids, wie in den folgenden drei Beispielen zu sehen ist:
(ID 7068)
ID:(1167, 0)