Wärmestromdichte

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  • Erklärender Text zu Wärmestromdichte von @marcsz:

    Die Wärmestromdichte beschreibt die thermische Leistung bezogen auf die Oberfläche der Wicklung. Dies ist ein elementarer Faktor, ob eine Wicklung brauchbar ist oder nicht. Liegt man zu tief (<120mW/mm2) wird die Wicklung kaum dampfen und/oder braucht sehr lange bis sie anspricht. Liegt man zu hoch (>350mW/mm2) hat die Wicklung eine starke tendenz zu kokeln. Je höher der Wert, desto wärmer der Dampf. Hat man einmal seinen "Sweet Spot" im Bezug auf die Wärmestromdichte gefunden, sollte man bei neuen Wicklungen in einem ähnlichen Bereich der mW/mm2 bleiben. Dann wird auch die neue Wicklung ein sehr ähnliches Temperaturniveau hervorzaubern, da die Oberfläche der Wicklung im gleichen Verhältnis zur Leistung steht.
    Hier einige Berechnungsbeispiele um aufzuzeigen, dass der Widerstand und die Leistung nicht die wichtigsten Faktoren einer Wicklung sind.
    Dabei gehen wir von den folgenden Werten aus:

    Widerstand: 1.5 Ohm
    Leistung: 20W


    Wicklung 1 (zu heiss)
    Material: Kantal A1
    Drahtstärke: 0.25mm
    Wicklungsdurchmesser: 2.5mm
    Anzahl Windungen: 5
    Effektiver Widerstand: 1.54 Ohm
    Wärmestromdichte: 488 mW/mm2
    ==> Die Wicklung wäre bei 20W zu heiss. Die Chance, dass sie kokelt ist sehr hoch.
    Die Wärmestromdichte sollte 350 mW/mm2 nicht überschreiten!



    Wicklung 2 (zu kalt)
    Material: Kantal A1
    Drahtstärke: 0.45mm
    Wicklungsdurchmesser: 2.5mm
    Anzahl Windungen: 15
    Effektiver Widerstand: 1.51 Ohm
    Wärmestromdichte: 85 mW/mm2
    ==> Die Wicklung wäre bei 20W zu kalt. Die Wicklung wird kaum Dampf produzieren. Wenn doch, dann muss man sie lange vorheizen.
    Die Wärmestromdichte sollte 120 mW/mm2 nicht unterschreiten!


    Wicklung 3 (Angemessen)
    Material: Kantal A1
    Drahtstärke: 0.32mm
    Wicklungsdurchmesser: 2.5mm
    Anzahl Windungen: 8
    Effektiver Widerstand: 1.51 Ohm
    Wärmestromdichte: 238 mW/mm2
    ==> Die Wicklung passt auf die 20W. Zudem ist die Wärmekapazität mit 22mJ/K nicht hoch und die Wicklung wird relativ schnell ansprechen.
    Die Wärmestromdichte sollte idealerweise im Bereich von 200 - 300 mW/mm2 liegen. Je höher die Wärmestromdichte, desto wärmer der Dampf.


    Eine App für Android und iPhone, welche gut funktioniert ist MicroCoil Pro.
    Kostet zwar was, aber bringt auch ne Menge Wicklungsvorschläge für alle möglichen Verdampfer mit sich.

    Im Internet kannst Du z.B. die Webseite steam-engine.org/coil.asp?a=true benutzen.
    Hier bekommst Du noch viel mehr Informationen zur Wicklung.

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