أخبار عاجلة

معامل انتقال الحرارة تعريف المعامل ومعناه

تعريف المعامل ومعناه

يصف معامل الانتقال الحراري كفاءة غاز أو سائل نقل طاقة عبر سطحه وبالتالي تصريف الطاقة من على سطحه . وهذا يعتمد على حرارة نوعية الحرارة النوعية و كثافة و معامل التوصيل الحراري للوسط الذ1ي تنتقل إليه الحرارة وكذلك للجسم العاطي للحرارة . ويجري حساب معاملات انتقال الحرارة عن طريق تعيين فرق درجة الحرارة بين الجسمين المتلامسين.

لا يعتبر معامل انتقال الحرارة خاصية نوعية لمادة مثل توصيل حراري ، وإنما يعتمد عل الوسط المحيط وسرعة سريانه < >v وكذلك يعتمد على نوع السريان فقد يكون رقائقيا أو دواميا ويعتمد بالإضافة إلى ذلك على شكلية السطح . تستخدم معاملات انتقال الحرارة في هندسة البناء كقيم ثوابت ، حيث يعمل الحائط العازل كمقاومة لنفاذ الحرارة من الداخل إلى الخارج أو بالعكس.

حساب انتقال الحرارة

المعادلة تنص على

Q alpha cdot A cdot (T_1 - T_2) cdot Delta t

حيث

< >Q حرارة كمية الحرارة المنتقلة
< >خ± معامل انتقال الحرارة (يرمز لها بالإنجليزية hc)
< >A مساحة التلامس
< >T1,و< >T2 درجتي حرارة الوسطين
< >خ”t الفترة الزمنية (

ونحصل على أبعاد معامل انتقال الحرارة بوحدات SI نظام الوحدات الدولي كالآتي frac mathrm W mathrm m^2 cdot K frac mathrm kg mathrm s^3 cdot K

ويمكن لانتقال الحرارة < > خ”Q أن يكون كمية موجبة أو سالبة بحسب اتجاه انتقال الحرارة .

كما يمكن تعيين مقاومة التلامس الحراري كقيمة مطلقة عند تلامس جسمين كخاصة نوعية للمادة بصرف النظر عن مساحة التلامس على الصورة

frac 1 alpha cdot A وتكون وحدتها كلفن / واط K/W .

حسابات ترموديناميكية

معامل انتقال الحرارة المحلي

تحسب معاملات انتقال الحرارة المحلية أو الموضعية محاكاة كمحاكاة حسابية بالحاسوب مع اخذ بعض النظريات في الاعتبار . فعلى سطح حائل ملامس لتيار سائل يكون سريان السائل جريان طبقي طبقيا ويكون انتقال الحرارة أيضا عن طريق التوصيل . ونحصل على معامل انتقال الحرارة المحلى عن طريق توصيل حراري التوصيل الحراري للسائل lambda عند متوسط درجة الحرارة (T_mathrm F +T_mathrm S )/2 وسمك delta_T الطبقة الفاصلة

alpha frac lambda delta_mathrm T

وتكون كثافة الدفق الحراري عبر سطح التلامس مساوية ل

alpha cdot (T_mathrm F - T_mathrm S )

حيث

alpha alpha(x) ستكون معتمدة على الموقع,
T_mathrm F درجة حرارة السائل في المنطقة المختلطة (الدوامية)
T_mathrm S درجة حرارة سطح الحائل الموضعية .

في حالة الغازات تكون delta_mathrm T مساوية لسمك delta سطح تلامس التدفق ( هيدروديناميك )

وتكون حالة سطح التلامس دالة عدد برانتل لعدد برانتل وبالتالي تكون خاصة نوعية لسائل معين . وبالتقريب يمكن استخدام المعادلة (في حدود خطأ 3 )

frac delta_mathrm T delta frac 1 sqrt[3] Pr

متوسط معامل الانتقال الحراري

تستخدم في الحسابات التفنية غالبا متوسط معامل الانتقال الحراري وتكون خاصة لشكلية بنائية معينة وتعريفها يراعي اختلاف درجة حرارة السائل المستخدم ومتوسط درجة حرارة الحائل .

ويكون متوسط معامل انتقال الحرارة متناسبا طرديا مع عدد نوسيلت Nu. وتنطبق المعادلة

alpha frac lambda L cdot Nu(Re,Pr)
حيث
L طول مميز ( مثل قطر نفاثة)
lambda توصيل حراري للسائل
Re عدد رينولدز
Pr عدد برانتل

وبالنسبة إلى عدد نوسيلت فهو دالة لعدد رينولدز ودالة لعدد برانتل عند اتباع هندسة معينة وتعريفهما كالآتي

Re frac v cdot L cdot
ho eta Pr frac eta cdot c_p lambda

حيث

v هي سرعة مميزة لسرعة تدفق السائل ( مثل متوسط سرعة خروج السائل من النفاثة )،
eta اللزوجة ,
c_p حرارة نوعية الحرارة النوعية عند ثبات الضغط
ho الكثافة عند متوسط درجة الحرارة الحسابية للسائل .

ويجب عند حساب معامل الانتقال الحراري بواسطة عدد نوسيلت الأخذ في الاعتبار الطول المميز و سرعة التدفق.

الحمل الحراري الحر

إذا كان التدفق ناتجا عن الحمل الحراري الطبيعي فيعتمد عدد نوسيلت ومعامل النتقال الحراري على عدد جراسهوف .

ولكي نحسب معامل الانتقال الحراري بطريقة تقريبية مرضية يكن استخدام العاملة التقريبية الآتية أيضا.

إذا كانت v سرعة تدفق الهواء بالمتر/الثانية ، فيساوي معامل النتقال الحراري

alpha 2+12 cdot sqrt v

وعنما يكون الماء هو الوسط المتدفق ، نستخدم المعادلة

alpha 580+2100 cdot sqrt v

انتقال الحرارة بالإشعاع

يشكل حساب معامل انتقال الحرارة بالإشعاع مسألة أصعب عنحسبها بالنسبة للحمل.
فبالنسبة لمعامل انتقال الحرارة بواسطة الإشعاع نعتمد عادة على جسم أسود ، حيث أن الجسم الأسود هو احسن جسم يشع الموجات الضوئية الحرارية في جميع تردد تردداتها ، وينطبق على الجسم الأسود
prettytable
! درجة الحرارة °C
−10
0
10
20
30
-
h_mathrm s0 [ W/m²K]
4,1
4,6
5,1
5,7
6,3
-
R_mathrm se
0,24
0,22
0,20
0,18
0,16

معامل انتقال الحرارة في الفيزياء (بالإنجليزية heat transfer coefficient ) معامل تناسب يحدد انتقال الحرارة عبر سطحي وسطين متلامسين ، مثل سطح تلامس جسمين . يرمز له h أو خ± ويقاس بوحدة

( W/(m²·K ويعتمد على شكلية الجسمين المتلامسين أو على سطح التلامس بين جسم والوسط المحيط به وقد يكون هذا الوسط سائلا.

يستخدم ذلك المعامل في هندسة البناء .
Kosler, W. Manuskript zur E DIN 4108-3 1998-10, Deutsches Institut für Normung vom 28. Oktober 1998

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.