Tobias Loose Einfluß des transienten Schweißvorganges ... - Tl-ing.de

5 Temperaturfeldberechnung
q ∗ k = α k · (ϑ − ϑ 0 ) (5.2)
Der Wärmeübergangskoeffizient ist abhängig von den Eigenschaften der Oberfläche,
des umgebenden Mediums, den Strömungsverhältnissen an der Bauteiloberfläche
und auch von der Temperaturdifferenz [Rad02]. In DIN EN
ISO 6946:1996-11 sind Wärmeübergangskoeffizienten für Außenbauteile in
Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit angegeben:
bei 1 m s beträgt der Wärmeübergangskoeffizient α k = 12,5
W
m 2 · W
K
m 2 · K
bei 10 m s beträgt der Wärmeübergangskoeffizient α k = 50,0
Radaj [Rad02] gibt an, daß für Stahlplatten üblicherweise α k mit einem
temperaturunabhängigen Wert von 12,0
W angesetzt wird. Damit wird angenommen,
daß die Windgeschwindigkeit beim Schweißen annähernd Null
m 2 · K
ist.
Die von einem Körper in den Raum abgestrahlte Wärme, die Wärmestromdichte
q * s, ist nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz proportional zur Differenz
zwischen der vierten Potenz der absoluten Temperatur T der Bauteiloberfläche
und der vierten Potenz der absoluten Temperatur T 0 der Umgebung:
q ∗ s = εσ(ϑ4 − ϑ 4 0 ) (5.3)
Wobei die Proportionalität durch den Emissions- oder Schwärzegrad ε und die
Stefan-Boltzmann-Konstante σ = 5,67 · 10 -8 W bestimmt wird.
m 2 K 4
Wird aus Gleichung (5.3) die einfache Temperaturdifferenz T - T 0 = ϑ − ϑ 0
herausgezogen, so erhält man die linearisierte Form:
q ∗ s = α s · (T − T 0 ) = α s · (ϑ − ϑ 0 ) (5.4)
mit dem Wärmeübergangskoeffizienten α s für Strahlung:
α s = εσ(ϑ + ϑ 0 )(ϑ 2 + ϑ 2 0) (5.5)
so kann ein Gesamtwärmeübergangskoeffizient α für Konvektion und Strahlung
verwendet werden:
α = α k + α s (5.6)
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