Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι μια έννοια στη φυσική και τη θερμοδυναμική που περιγράφει λεπτομερώς πώς και πόσο εύκολα η θερμική ενέργεια περνά από το ένα υλικό στο άλλο. Σε πολλές περιπτώσεις η θερμότητα μεταφέρεται πιο εύκολα καθώς τα εν λόγω υλικά μετατοπίζονται από στερεά σε ρευστά σε αέρια. Η θερμότητα μπορεί επίσης να περάσει από ένα ρευστό σε ένα αέριο ή ή αντίστροφα, όπως είναι η περίπτωση του ψυχρού αέρα πάνω από μια ζεστή λίμνη. Η θερμότητα θα ρέει πάντα από το ζεστό στο κρύο για υλικά σε άμεση επαφή, και ο συντελεστής μεταφοράς είναι ένας τρόπος για να εκφράσουμε αυτή τη μετατόπιση απτά και με μαθηματικούς όρους. Είναι μια σημαντική ιδέα για τους κατασκευαστές και τους κατασκευαστές σε πολλούς κλάδους. Βοηθά τους μηχανικούς να σχεδιάσουν καλύτερες κατσαρόλες μαγειρέματος, για παράδειγμα, και βοηθά να γίνουν ασφαλέστερα τα μηχανήματα και τα πράγματα όπως οι κινητήρες εσωτερικής καύσης στα αυτοκίνητα. Χρησιμοποιείται επίσης για να κάνει τη μόνωση σε σπίτια και γραφεία πιο αποτελεσματική. Ο καθορισμός των βασικών στοιχείων του συντελεστή είναι συνήθως αρκετά απλός, αλλά οι ιδιαιτερότητες του τρόπου με τον οποίο η βασική του φόρμουλα λειτουργεί και εφαρμόζεται σε μεταβαλλόμενα θερμοδυναμικά σενάρια μπορεί να είναι κάπως περίπλοκες.
Βασικά στοιχεία υπολογισμού
Ποσοτικά, ο συντελεστής είναι συνάρτηση των δύο υλικών σε επαφή. η θερμοκρασία του καθενός, η οποία καθορίζει την κινητήρια δύναμη. και παράγοντες που ενισχύουν ή μειώνουν τη μεταφορά θερμότητας, όπως η συναγωγή ή η ρύπανση της επιφάνειας, αντίστοιχα. Η τυπική ρουμπρίκα υπολογισμού εκφράζεται συνήθως ως h = q / ∆t, όπου “h” είναι ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας, “q” είναι η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται ανά μονάδα επιφάνειας και “Δt” είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των γειτονικές ή επίμαχες επιφάνειες.
Υπάρχουν επίσης εξισώσεις για τον προσδιορισμό της ποσότητας θερμότητας που μεταφέρεται ανά μονάδα επιφάνειας, ανά βαθμό διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο παρακείμενων υλικών και ανά χρονική περίοδο που μπορεί να βοηθήσει να επηρεάσει τον πιο βασικό τύπο. Οι υπολογισμοί για το μέγεθος του βιομηχανικού εξοπλισμού, όπως οι θερμαντήρες και οι εναλλάκτες θερμότητας, συνήθως επιλύουν τη θερμότητα που μεταφέρεται ανά ώρα, επειδή η παραγωγική ικανότητα της μονάδας συνήθως καθορίζεται σε ωριαία βάση.
Κατανόηση των Συνολικών Συντελεστών
Ένας συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας, όπως αυτός που χρησιμοποιείται συχνά στις εξισώσεις εναλλάκτη θερμότητας, θα πρέπει να λάβει υπόψη έναν αριθμό παραγόντων. Για παράδειγμα, σε ένα σενάριο ατμομηχανής, ο κορεσμένος ατμός σε μια δεδομένη θερμοκρασία, η διεπαφή ατμού με τον σωλήνα, η αγωγιμότητα μέσω του τοιχώματος του σωλήνα, η διεπαφή με το υγρό μέσα στους σωλήνες, όπως το λάδι, και η θερμοκρασία του εισερχόμενου λαδιού, όλα χρειάζονται να ληφθούν υπόψη. Οι πληροφορίες από αυτούς τους παράγοντες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον προσδιορισμό του μεγέθους ενός εναλλάκτη θερμότητας και της στρατηγικής σχεδιασμού και υλικών που θα λειτουργούσαν καλύτερα.
Σημασία για την Κατασκευή
Αυτοί οι συντελεστές λαμβάνονται πάντα υπόψη κατά το σχεδιασμό εξοπλισμού που προορίζεται ειδικά για τη μεταφορά θερμότητας — ή τη μη μεταφορά θερμότητας. Το να μαγειρεύεις κατσαρόλες, τα πτερύγια ψύξης σε έναν κινητήρα μοτοσικλέτας, να φυσάς μια κουταλιά πολύ ζεστή σούπα ή ένα άτομο να ζεσταίνει τα κρύα χέρια του άλλου είναι όλα παραδείγματα ενίσχυσης του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Ο μεγαλύτερος μεμονωμένος παράγοντας για καλύτερους συντελεστές μεταφοράς, δεδομένων των περιορισμών του υλικού, είναι η γρήγορη κίνηση της ρευστής φάσης των εξαρτημάτων. Η ροή αέρα μέσω ενός καλοριφέρ, η πρόκληση τυρβώδους ροής σε έναν εναλλάκτη θερμότητας ή ο ταχέως κινούμενος αέρας σε έναν φούρνο μεταφοράς έχουν πολύ υψηλότερους συντελεστές μεταφοράς από ό,τι οι συνθήκες ακινησίας. Αυτό συμβαίνει επειδή περισσότερα μόρια για να απορροφήσουν θερμότητα παρουσιάζονται στην καυτή επιφάνεια σε μικρότερο χρονικό διάστημα.
Ρόλος στη μόνωση και τις κατασκευές Γενικότερα
Από την άλλη πλευρά, η αναζήτηση για εξαιρετικά αποτελεσματική μόνωση λαμβάνει υπόψη και την υπολογισμένη μεταφορά θερμότητας κάθε διεπαφής της. Η μόνωση είναι σημαντική για όλα τα είδη, όπως ψυγεία και καταψύκτες, ψύκτες για πικνίκ, χειμερινά ρούχα και ενεργειακά αποδοτικά σπίτια. Οι χώροι του νεκρού αέρα, τα κενά στον αφρό και τα υλικά με χαμηλή αγωγιμότητα όλα βοηθούν στην παροχή μόνωσης.