Frage:
Ich möchte einen Alublock (250 C°; 10 Kg) mit Umgebungsluft (20C°) kühlen in einer definierten Zeit (5min). Welchen Lüfter muss ich auf die Form richten bzw. welches Volumen Luft und welchen Volumenstrom benötige ich um den Block zu kühlen?
… bzw. ist das überhaupt machbar? 
Danke für eure Hilfe!
Warum nicht im Wasserbad kühlen? Geht viel schneller. Für welchen Zweck musst Du diese Aufgabe lösen? Welches technische Vorwissen hast Du? Auf welche Endtemperatur soll gekühlt werden? Welche Form hat der Alu-Körper? Kugel, Würfel, dünne Platte? Je dünner die Form desto schneller die Abkühlung. Hast Du Zugang zu einer guten technischen Bibliothek? Dann empfehle ich den VDI-Wärmeatlas zur Lösung. Kauf nicht empfehlenswert, da sehr teuer (798€ bei Amazon!!!) Ich besitze auch keinen! Die Berechnung ist recht kompliziert und für einen Nicht-Techniker oderf Laien nicht zu machen.
Grundsätzlich: Hier geht es um konvektiven Wärmeübergang an der Oberfläche des Körpers und um Wärmeleitung im Inneren des Körpers. Konvektiver Wärmeübergang Q = Wärmeübergangskoeffizient Alpha x Fläche x Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Umgebungsluft. Der Wärmeübergangskoeffizient ist abhängig von der Anströmgeschwindigkeit und ist auch ortsabhängig (Vorderseite höher als Rückseite). Die Wärme wird über Wärmeleitung aus dem Körper zur Oberfläche geleitet, wobei sich ein instationäres Temperaturprofil herausbildet. Die Temperatur ist innen am längsten heiß und flacht sich mit Zeit und Entfernung zum Rand hin mehr und mehr ab. Je länger der Abkühlvorgang läuft, je langsamer geht die Kühlung vonstatten, da die Temperaturdifferenz als treibendes Potential abnimmt.
Nicht einfach!!! Zur Einstimmung bei Wikipedia lesen: „Konvektion (Wärmeübertragung)“ und „Wärmeleitung“
So, und nun beantworte bitte erst mal meine Fragen.
Beste Grüße, Volker
10 kg Alu entsprechen als Block ca. 15x15x15 cm. Alu hat eine spez. Wärmeleitfähigkeit von 235 W/m x k.
Um den Block innen innerhalb von 5 Minuten von 250°C auf 20°C abzukühlen brauche ich eine Leistung von (vereinfacht) 0,15 x 0,15 x 235 x 230 / 0,15 > 8 kW !!!
Allerdings kann man diesen Alublock dann vermutlich entsorgen.
Da das aber nicht mein Gebiet ist, sondern nur Physik, kann ich mich auch irren.
lg tugu
Gliedern wir das Problem etwas:
Vorab: Mit 20° Luft kann man den Alublock nie auf 20° C abkühlen, sondern bestensfalls auf 21°. Und das wird schwierig. Daher die Annahme: Das Alu soll von 250° auf 50° C abgekühlt werden. Differenz delta T somit 200 K (Kelvin)
Und Wärmekapazität C Alu= 0,9 kJ/ kg,K (sprich kilodtschul pro Kilogramm Kelvin); C Luft ist 1,0 kJ/kg, K
Zu 1) Wärmemenge Alu Q= C x m x deltaT
Q = 0,9 x 10 x 200 x kJ, kg,K/kg,K = 1800 KJ = 1800 kWs (sprich Kilowattsekunde)
zu 2) Zeitvorgabe 5 Minuten = 300 Sekunden.
1800 kWs/ 300 s = 6 kW
zu 3) das ist wirklich kompliziert, da der Alublock immer kälter wird und der Wärmeübergang zur 20°Luft damit immer schlechter wird… Also von 250° auf 200° geht problemlos, aber von 100° auf 50° wirds aufwändig. Nehmen wir aber vereinfacht an, die Luft würde sich durchschnittlich von 20° auf 140°C erhöhen, also delta T= 120K
Somit: m = Q/cx deltaT = 1800 /1,0x120 = 15 kg Luft; entspricht etwa 12 m³.
Damit es nicht mehr wird, müsste man das Gebläse am Anfang drosseln (um den großen Unterschied von Luft gut zu nutzen) und am Ende stark erhöhen (weil der Alublock kälter wird und das Temperaturgefälle zur Luft geringer geworden ist)
Eine exakte Antwort auf Deine Frage ist das nicht. Frag mal Leute, die Motorblöcke gießen. Die könnens vielleicht auch nicht rechnen, aber die haben Erfahrung damit.
Gruß
H.P.