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Heat Transfer and Fluid Flow in Minichannels and Microchanne

Autor: Kandlikar, Satish G.

Heat Transfer and Fluid Flow in Minichannels and Microchannels ist, wie der Name schon sagt, ein Buch über Stoff- und Wärmeübertragung in Kanälen mit geringem Durchmesser. Dieses Thema nimmt eine immer wichtigere Rolle in der Technik ein. Insofern handelt es sich um ein Buch von großer Relevanz für Fachleute.

Strömungen in Mini- oder Mikrokanälen (also mit einem Durchmesser von < 3 mm) spielen sowohl in der Technik als auch vor allem in der Biologie eine sehr wichtige Rolle. Während in der Technik beispielsweise die Kühlung von Elektronik oder die Mikro-Reaktionstechnik wichtige Anwendungsgebiete sind, finden nahezu alle Stoffaustauschvorgänge im menschlichen Körper auf dieser Skala statt. Dass die Strömungsmechanik und somit auch die Stoff- und Wärmeübertragung in Kanälen mit geringem Querschnitt eigenen Gesetzen gehorcht, ist dem Fachmann hinreichend bekannt und muss an dieser Stelle nicht noch erklärt werden.

Das Buch ist von fünf Professoren geschrieben worden, die je ein bis zwei Kapitel beigesteuert haben. Diese lauten frei übersetzt:

  1. Einphasige Gasströmung in Mikrokanälen
  2. Einphasige Flüssigkeitsströmung in Minikanälen und Mikrokanälen
  3. Einphasige elektrokinetische Strömung in Mikrokanälen
  4. Strömungssieden in Minikanälen und Mikrokanälen
  5. Kondensation in Minikanälen und Mikrokanälen
  6. Biomedizinische Anwendungen von Mikrokanalströmungen

Zu den Kapiteln über elektrokinetische Strömungen sowie biomedizinische Anwendungen kann ich mangels eigener Erfahrung keine Aussage treffen.

Die anderen Kapitel, mit denen ich gearbeitet habe, finde ich ausgesprochen gut und hilfreich. Sie sind inhaltlich gut gegliedert und gehen stark in die Tiefe. Um das Buch gut verstehen zu können, sind allerdings hervorragende Mathematik-Kenntnisse zwingend erforderlich. Die Autoren erklären natürlich einerseits die bekannten Konzepte wie die Knudsen-Strömung, andererseits aber auch umfangreiche, relativ neue Konzepte wie erweiterte Burnett-Gleichungen (BGK-Burnett). Diese füllen mehrere Seiten am Stück. Bemerkenswert finde ich, dass die Autoren an vielen Stellen scheinbar jeden Spezialfall und jede Geometrie „durchkauen“ und oft analytische Lösungen herleiten. Diese basieren zwar oft auf den bekannten Arbeiten von Ebert, Sparrow, Shah und anderen „üblichen Verdächtigen“, werden dann aber für Mikrokanäle angepasst und erweitert.

Das Buch erinnert mich in sehr guter Art und Weise an einen wichtigen Punkt: Wärmeübertragung ist eine ungenaue Wissenschaft. Die gezeigten Messdaten korrelieren oft scheinbar gut mit den Kurven – aber in einer doppelt-logarithmischen Skala lassen sich eben auch Abweichungen von +/- 25% elegant „verstecken“. Insofern ist jede Gleichung mit Vorsicht zu genießen.

Entscheidend ist an dieser Stelle, dass die Autoren an vielen Stellen sinngemäß sagen: „Weitere Forschung ist nötig“. Dies ist sicher berechtigt, da das hier erforschte Fachgebiet noch viele „weiße Flecken“ hat, aber auch in Zukunft an Bedeutung gewinnen wird.

Fachleuten kann ich das Buch auf jeden Fall empfehlen.

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