معامل انتقال الحرارة

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

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 α 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 . [1]

تعريف المعامل ومعناه[عدل]

يصف معامل الانتقال الحراري كفاءة غاز أو سائل نقل طاقة عبر سطحه وبالتالي تصريف الطاقة من على سطحه . وهذا يعتمد على الحرارة النوعية وكثافة 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[عدل]

المعادلة تنص على:

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

حيث:

Q: كمية الحرارة المنتقلة
α: معامل انتقال الحرارة (يرمز لها بالإنجليزية hc)
A: مساحة التلامس
T1T2: درجتي حرارة الوسطين
Δt: 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 ΔQ 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

\tfrac{1}{\alpha \cdot A} وتكون وحدتها كلفن/واط K/W .

حسابات ترموديناميكية[عدل]

معامل انتقال الحرارة المحلي[عدل]

تحسب معاملات انتقال الحرارة المحلية أو الموضعية كمحاكاة حسابية بالحاسوب مع اخذ بعض النظريات في الاعتبار . فعلى سطح حائل ملامس لتيار سائل يكون سريان السائل طبقيا ويكون انتقال الحرارة أيضا عن طريق التوصيل . ونحصل على معامل انتقال الحرارة المحلى عن طريق 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 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[عدل]

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 \rho}{\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 الحرارة النوعية عند ثبات الضغط
\rho 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[عدل]

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[عدل]

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 تردداتها ، وينطبق على الجسم الأسود:

درجة الحرارة °C −10 0 10 20 30
h_\mathrm{s0} [ W/m²K][2] 4,1 4,6 5,1 5,7 6,3
R_\mathrm{se} 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16

المراجع[عدل]

  1. ^ Kosler, W.: Manuskript zur E DIN 4108-3:1998-10, Deutsches Institut für Normung vom 28. Oktober 1998
  2. ^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع ISO_6946

اقرأ أيضا[عدل]