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Free-Convective Heat Transfer

Autor: Martynenko, Oleg G.

Ich habe das Buch Free-Convective Heat Transfer gekauft, als wir vor einiger Zeit in meinem Ingenieurbüro die Aufgabe hatten, einen Wärmetauscher zu entwickeln, der auf der einen Seite komplett auf freie Konvektion angewiesen war. In diesem Projekt war mir aufgefallen, wie stiefmütterlich dieses Thema in vielen Standardbüchern behandelt wird, und dass nach den Grundgleichungen normalerweise auf das nächste Thema übergegangen wird. Da in unserem Fall langes Experimentieren nach dem Motto „Trial and Error“ nicht möglich war, musste ein Spezialbuch her.

„Free Convective Heat Transfer“ – Wärmeübertragung durch freie Konvektion – ist ein Buch von Experten für Experten. Der mittlerweile verstorbene Prof. Oleg G. Martynenko von der Akademie der Wissenschaften in Minsk war nicht nur einer der renommiertesten Experten für Wärmeübertragung in der Sowjetunion, sondern u.a. auch Herausgeber des Standardwerks „Handbook of Hydraulic Resistance“ von Idelchik.

So wundert es auch nicht, dass das Buch schon nach einer halben Seite mitten im Thema ist und keinerlei Rücksicht auf Anfänger nimmt. Es geht direkt auf die relevanten Gleichungen ein, führt dann die Boussinesq-Approximation ein, erklärt Dimensionsanalyse, die Grundlagen der Grenzschichttheorie und ist schon auf Seite 23 bei der Stabilitätstheorie für turbulente Strömungen angelangt.

Kapitel 2 behandelt die freie Konvektion an einer Ebene. Auf 140 Seiten wird dieses Thema, das in gewöhnlichen Büchern über Wärmeübertragung auf maximal einer Seite abgehandelt wird, in allen Details ausgeführt. Dabei werden natürlich senkrechte und waagerechte Platten verglichen, aber auch zahlreiche unterschiedliche Randbedingungen erörtert.

Kapitel 3 macht das Gleiche für die freie Konvektion auf gewölbten Oberflächen: Vertikale Zylinder, horizontale Zylinder, geneigte Zylinder, Kegel, Nadeln, Prismen, Kugeln und allgemein gewölbte Oberflächen – es gibt nichts, was die Autoren nicht untersucht und berechnet hätten. Entsprechend bietet das Buch unzählige Nusselt-Korrelationen für hunderte Fälle an.

Die Kapitel 4 und 5 befassen sich mit der freien Konvektion in Vertiefungen, Rohren, Kanälen, auf berippten Oberflächen sowie in Rohrbündeln. Auch hier werden unzählige Varianten in allen Konfigurationen mathematisch beschrieben und mit Bildern erläutert.

Kapitel 6 zeigt nicht stationäre freie Konvektion und ihre Abhängigkeit, u.a. geht es um oszillierende Strömungen.

Kapitel 7 erklärt die Überlagerung von freier Konvektion und Strahlung sowie die Überlagerung von freier Konvektion und erzwungener Konvektion.

In Kapitel 8 geht es um eine Auswahl an Spezialfällen der freien Konvektion, z.B. in erstarrenden Schmelzen, in Biosystemen, im Vakuum sowie den sehr interessanten Fall von Wasser bei 4°C, wo durch die Dichteanomalie eine Umkehr der freien Konvektion stattfindet.

Alles in allem ist dieses Buch harte Kost. Einerseits aufgrund des Preises, andererseits aufgrund des Inhalts. Das Tempo der Autoren ist sehr hoch, eine Formel jagt die nächste, und anschauliche Beispiele sucht man vergebens. Andererseits ist das Thema so exotisch, dass man vermutlich ohnehin Experte ist, wenn man dieses Buch kauft und bearbeitet.

Interessant ist das Literaturverzeichnis: es wird sehr viel sowjetische Literatur zitiert. Diese zahlreichen, mir unbekannten (und aufgrund der Sprachbarrieren auch unzugänglichen) Quellen haben mich mal wieder daran erinnert, dass die Sowjetunion in der Wissenschaft zeitweise ganz weit vorne war!

Besonders hervorzuheben an diesem Buch sind die „many photographs of flows and heat exchange“. Die Autoren haben offensichtlich sehr viel experimentiert und dabei tolle Fotos resp. Interferogramme aufgenommen. Heutzutage würde man dies eher mit CFD-Simulationen visualisieren, aber am Ende des Tages sind Experimente durch nichts zu ersetzen. Natürlich sind diese Bilder eher etwas für Nerds, aber als promovierter Thermodynamiker bin ich sicher einer…

Für Profis ein gutes Buch – für Anfänger und Studenten eindeutig zu hartes Brot.

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