Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι βασική παράμετρος στην ανάλυση των διεργασιών ανταλλαγής θερμότητας σε ρευστά συστήματα. Ποσοτίζει την ικανότητα ενός υγρού να μεταφέρει θερμότητα σε ή από μια επιφάνεια.

Κατανόηση του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας

Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας, που συχνά αναφέρεται ως h, σχετίζεται με τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ επιφάνειας και υγρού. Εκφράζεται σε μονάδες W/m2·K. Η τιμή h εξαρτάται από τις ιδιότητες του υγρού, τις συνθήκες ροής και τη φύση της μεταφοράς θερμότητας (σύνθεση, συγκόλληση, ή ακτινοβολία).

Μέθοδοι υπολογισμού του συντελεστή

Η πιο κοινή μέθοδος περιλαμβάνει εμπειρικές συσχετίσεις που βασίζονται σε άστατους αριθμούς όπως ο Reynolds, ο Prandtl και ο Nusselt.

Υπολογισμός χρήσης αριθμοσυνδέσεων

Για τον υπολογισμό h με χρήση συσχετισμών αριθμών Nusselt, ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα:

  • Καθορίστε το καθεστώς ροής (λάμιναρ ή ταραχώδης).
  • Υπολογίστε τον αριθμό Reynolds (Re) με βάση την ταχύτητα του υγρού, το χαρακτηριστικό μήκος, την πυκνότητα του υγρού, και το ιξώδες.
  • Υπολογίστε τον αριθμό Prandtl (Pr) χρησιμοποιώντας ιδιότητες ρευστού.
  • Χρησιμοποιήστε την κατάλληλη συσχέτιση για να βρείτε τον αριθμό Nusselt (Nu).
  • Υπολογίστε το συντελεστή μεταφοράς θερμότητας: h = (Nu × k) / L, όπου k είναι η θερμική αγωγιμότητα και L] είναι το χαρακτηριστικό μήκος.

Παράδειγμα υπολογισμού

Υποθέστε ότι το νερό ρέει μέσα σε σωλήνα με διάμετρο 0,05 m με ταχύτητα 2 m/s. Οι ιδιότητες του υγρού είναι: θερμική αγωγιμότητα k = 0,6 W/m·K, ιξώδες η = 0,001 Pa·s], πυκνότητα r = 1000 kg/m3, και ειδική θερμότητα []cp = 4182 J/kg]K.

Υπολογίστε Re: Re = (r × v × D) / η = (1000 × 2 × 0.05) / 0.001 = 100.000. Από Re > 4000, η ροή είναι ταραχώδης. Χρησιμοποιώντας μια τυπική συσχέτιση για την ταραχώδη ροή στους σωλήνες, Nu ⁇ 0.023 × Re0.8 × Pr0.4. Υπολογίστε Pr: Pr = (η × c]]p]) / k = (0.001 × 4182) / 0.6 ⁇ 6.97.

Υπολογίστε Nu: Nu ⁇ 0.023 × 100.0000.8 × 6.970.4 ⁇ 0.023 × 15,848 × 2,34 ⁇ 856,5.

Τέλος, υπολογίστε h: h = (Nu × k) / D = (856.5 × 0.6) / 0.05 ⁇ 10.278 W/m2·K.