ضریب انتقال حرارت و ضریب هدایت حرارت

Thread Content

۱. ضریب انتقال حرارت α: بر اساس قانون سرد شدن نیوتن: dQ = α A△t، واحد ضریب انتقال حرارت α، وات بر متر مربع در درجه سانتی‌گراد (W/(m²·°C)) است. معنای فیزیکی ضریب انتقال حرارت این است: مقدار حرارتی که در یک واحد زمان، روی یک واحد سطح انتقال حرارت، و در صورتی که تفاوت دما ۱ کلوین باشد، از طریق انتقال حرارت منتقل می‌شود. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که عواملی که بر ضریب انتقال حرارت تأثیر می‌گذارند عبارتند از: ۱. سرعت جریان سیال: هدایت حرارت در لایه مرزی انتقال حرارت، مانع اصلی انتقال حرارت تبادلی است. واضح است که افزایش سرعت جریان می‌تواند لایه مرزی انتقال حرارت را نازک‌تر کند؛ در نتیجه، مقدار α افزایش یافته و فرآیند انتقال حرارت تبادلی تقویت می‌شود. ②وضعیت همرفت مایع: آیا از همرفت طبیعی یا همرفت اجباری استفاده می‌شود. واضح است که در همرفت اجباری، سرعت جریان سیال بالاتر از همرفت طبیعی است. 　③انواع سیالات ； مایع، گاز، بخار. 　　 ④خواص سیال: مؤلفه‌های تأثیرگذار عبارتند از گرمای ویژه سیال، ضریب هدایت حرارت، چگالی، چسبندگی و غیره. در مایعاتی که ضریب هدایت حرارت بالایی دارند، مقاومت حرارتی لایه مرزی انتقال حرارت کمتر است و ضریب انتقال حرارت نیز بیشتر خواهد بود. در سیالاتی با چگالی بالا، در همان سرعت جریان، عدد رئینولدز کمتر است؛ در نتیجه لایه مرزی انتقال حرارت ضخیم‌تر می‌شود و ضریب انتقال حرارت کاهش می‌یابد. 　⑤شکل، موقعیت و اندازه سطح انتقال حرارت: سطوح انتقال حرارت با شکل‌های مختلف، مانند لوله‌های گرد یا صفحات تخت یا بسته‌های لوله‌ای ； در داخل لوله است یا خارج از لوله؟ ； باید به صورت عمودی یا افقی قرار گیرد؟ ； همچنین، قطر و طول متفاوت لوله‌ها نیز بر α تأثیر می‌گذارند. 　　 با خلاصه کردن عوامل مؤثر فوق، می‌توان ضریب انتقال حرارت α را در قالب یک معادله نامشخص به صورت زیر بیان کرد: α = f(u، d، ρ، μ، t، cp، …) شرایط فرآیندهای انتقال حرارت بسیار متفاوت است و عوامل مؤثر بر α نیز کاملاً یکسان نیستند. فرآیندهای انتقال حرارت رایج را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:
۱. فرآیندهای انتقال حرارت در حالتی که سیال دچار تغییر فاز نمی‌شود:
 ۱) انتقال حرارت از طریق همرفت اجباری سیال؛
 ۲) انتقال حرارت از طریق همرفت طبیعی سیال.
۲. فرآیندهای انتقال حرارت در حالتی که سیال دچار تغییر فاز می‌شود:
 ۱) انتقال حرارت از طریق تبخیر بخارات؛
 ۲) انتقال حرارت در حین جوشیدن مایعات.

روابط تجربی برای ضریب انتقال حرارت در حالتی که سیال دچار تغییر فاز نمی‌شود:
برای همرفت توربولانسی اجباری در لوله‌های دایره‌ای، ضریب انتقال حرارت برابر است با:
α = 0.023 * (λ/d) * (ρdu/μ)^0.8 * (cμ/λ)^b
در صورتی که سیال گرم می‌شود، مقدار b برابر ۰.۴ است؛ و در صورتی که سیال سرد می‌شود، مقدار b برابر ۰.۳ است.
(Re > 10000، 0.7)