Wärmeübergang an ein gekühltes Rohr im Lichtbogenplasma

Springe, Wolfgang

Zur Klärung der Wärmeübergangsprobleme von Plasmen an gekühlte, feste Wandungen wurden an wassergekühlten Rohren, die sich in Lichtbogenentladungen befanden, kalorimetrische Messungen im Beharrungszustand durchgeführt. Als Lichtbögen wurden sowohl freibrennende als auch wasserstabilisierte Kohlestrombögen benutzt. Die spektroskopisch gemessenen Plasmatemperaturen erreichten Werte bis 13000°K; die an die Oberfläche des Kalorimeterrohres übergehenden Wärmestromdichten lagen zwischen 1x10^6 und 100x10^6 W/m^2. Wie eine Überschlagsrechnung zeigt, wird bei Wärmestromdichten über 25x10^6 W/m^2 die Existenz einer klassischen Temperaturgrenzschicht fragwürdig, da die Grenzschichtdicke in die Größenordnung der freien Weglänge kommt. Es wird vorgeschlagen, den Wärmeübergang auf Enthalpiedifferenzen zu beziehen und mit einem Stoffaustauschvorgang zu erklären.

In order to solve problems in plasma heat-transfer water-cooled tubes acting as calorimeters were introduced into water-stabilized as well as nonstabilized electric arcs. Maximum plasma temperatures were spectroscopically measured to be 13000°K. Heat-flux-densities proved to be 1x10^6 - 100x10^6 W/m^2 on the surface of the water-cooled tube. At heat-flux-densities exceeding 25x10^6 W/m^2 the existence of conventional temperature-boundary-layers is open to question because of the boundary-layer thickness decreasing to free path dimensions, as checked by a brief calculation. We therefore propose to refer heat-transfer to enthalpy differences and to explain it with mass transfer phenomenons.

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Springe, Wolfgang: Wärmeübergang an ein gekühltes Rohr im Lichtbogenplasma. Braunschweig 1960. Vieweg.

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