معامل انتقال الحرارة

في الديناميكا الحرارية ، معامل انتقال الحرارة أو معامل الغشاء ، أو فعالية الغشاء ، هو ثابت التناسب بين تدفق الحرارة والقوة الدافعة الديناميكية الحرارية لتدفق الحرارة (أي الفرق في درجة الحرارة ، Δ T ). يتم استخدامه في حساب انتقال الحرارة ، عادةً عن طريق الحمل الحراري أو انتقال الطور بين السائل والصلب. يحتوي معامل انتقال الحرارة على وحدات النظام الدولي للوحدات بالواط لكل متر مربع لكل كلفن (W/(m ² K)).

يتم التعبير عن معدل نقل الحرارة الإجمالي للأوضاع المشتركة عادةً من حيث التوصيل الإجمالي أو معامل نقل الحرارة، U. في هذه الحالة، يكون معدل نقل الحرارة:

${\displaystyle {\dot {Q}}=hA(T_{2}-T_{1})}$

حيث (بوحدات النظام الدولي للوحدات):

${\displaystyle {\dot {Q}}}$: معدل انتقال الحرارة (وات)

${\displaystyle h}$:معامل انتقال الحرارة (W/m²K)

${\displaystyle A}$: مساحة السطح حيث يتم انتقال الحرارة (م²)

${\displaystyle T_{2}}$: درجة حرارة السائل المحيط (ك)

${\displaystyle T_{1}}$: درجة حرارة السطح الصلب (ك)

التعريف العام لمعامل انتقال الحرارة هو:

${\displaystyle h={\frac {q}{\دلتا T}}}$

أين:

${\displaystyle q}$: تدفق الحرارة (وات/م²)؛ أي القدرة الحرارية لكل وحدة مساحة ،${\displaystyle q=d{\dot {Q}}/dA}$

${\displaystyle \دلتا ت}$: الفرق في درجة الحرارة بين السطح الصلب ومنطقة السائل المحيطة (كلفن)

معامل انتقال الحرارة هو مقلوب العزل الحراري . ويستخدم هذا في مواد البناء ( قيمة R ) وفي عزل الملابس .

توجد طرق عديدة لحساب معامل انتقال الحرارة في أوضاع انتقال الحرارة المختلفة، والسوائل المختلفة، وأنظمة التدفق، وفي ظل ظروف حرارية هيدروليكية مختلفة . وغالبًا ما يمكن تقديره عن طريق قسمة الموصلية الحرارية لسائل الحمل الحراري على مقياس الطول. وغالبًا ما يتم حساب معامل انتقال الحرارة من رقم نوسلت ( رقم بلا أبعاد ). كما تتوفر أيضًا آلات حاسبة عبر الإنترنت خاصة بتطبيقات سوائل نقل الحرارة . ويشكل التقييم التجريبي لمعامل انتقال الحرارة بعض التحديات خاصة عندما يتم قياس تدفقات صغيرة (على سبيل المثال < 0.2 واط/سم ² ). ^{[1] [2]}

فيما يلي طريقة بسيطة لتحديد معامل انتقال الحرارة الإجمالي، وهي طريقة مفيدة لإيجاد انتقال الحرارة بين العناصر البسيطة مثل الجدران في المباني أو عبر المبادلات الحرارية. لا تأخذ هذه الطريقة في الاعتبار سوى التوصيل داخل المواد، ولا تأخذ في الاعتبار انتقال الحرارة من خلال طرق مثل الإشعاع. الطريقة هي كما يلي:

${\displaystyle {\frac {1}{U\cdot A}}={\frac {1}{h_{1}\cdot A_{1}}}+{\frac {dx_{w}}{k\cdot A}}+{\frac {1}{h_{2}\cdot A_{2}}}}$

أين:

${\displaystyle U}$= معامل انتقال الحرارة الكلي (W/(m ² ·K))

${\displaystyle A}$= مساحة التلامس لكل جانب من جوانب السائل (م ² ) (مع التعبير عن أي سطح)${\displaystyle A_{1}}$${\displaystyle A_{2}}$

${\displaystyle k}$= الموصلية الحرارية للمادة (W/(m·K))

${\displaystyle h}$= معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري الفردي لكل سائل (W/(m ² ·K))

${\displaystyle dx_{w}}$= سمك الجدار (م).

وبما أن مساحات كل سطح تقترب من التساوي، فيمكن كتابة المعادلة على أنها معامل النقل لكل وحدة مساحة كما هو موضح أدناه:

${\displaystyle {\frac {1}{U}}={\frac {1}{h_{1}}}+{\frac {dx_{w}}{k}}+{\frac {1}{h_ {2}}}}$

أو

${\displaystyle U={\frac {1}{{\frac {1}{h_{1}}}+{\frac {dx_{w}}{k}}+{\frac {1}{h_{2 }}}}}}$

غالبًا ما يشار إلى القيمة على أنها الفرق بين نصف قطرين حيث يتم استخدام نصف القطر الداخلي والخارجي لتحديد سمك الأنبوب الذي يحمل سائلًا، ومع ذلك، يمكن أيضًا اعتبار هذا الرقم سمكًا للجدار في آلية نقل اللوحة المسطحة أو الأسطح المسطحة الشائعة الأخرى مثل الجدار في المبنى عندما يقترب الفرق في المساحة بين كل حافة من سطح النقل من الصفر. ${\displaystyle dx_{w}}$

في جدران المباني، يمكن استخدام الصيغة أعلاه لاستنتاج الصيغة المستخدمة عادة لحساب الحرارة عبر مكونات المبنى. يطلق المهندسون المعماريون والمهندسون على القيم الناتجة إما قيمة U أو قيمة R لتجميع البناء مثل الجدار. كل نوع من القيم (R أو U) مرتبط كمعكوس للآخر بحيث تكون قيمة R = 1/قيمة U ويمكن فهم كل منهما بشكل أكثر اكتمالاً من خلال مفهوم معامل انتقال الحرارة الإجمالي الموصوف في القسم السفلي من هذه الوثيقة.

على الرغم من أنه يمكن استنتاج انتقال الحرارة بالحمل الحراري تحليليًا من خلال التحليل البعدي والتحليل الدقيق للطبقة الحدودية والتحليل التكاملي التقريبي للطبقة الحدودية والقياسات بين انتقال الطاقة والزخم، إلا أن هذه الأساليب التحليلية قد لا تقدم حلولاً عملية لجميع المشكلات عندما لا توجد نماذج رياضية قابلة للتطبيق. لذلك، تم تطوير العديد من الارتباطات من قبل مؤلفين مختلفين لتقدير معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري في حالات مختلفة بما في ذلك الحمل الحراري الطبيعي والحمل الحراري القسري للتدفق الداخلي والحمل الحراري القسري للتدفق الخارجي. يتم تقديم هذه الارتباطات التجريبية لهندستها الخاصة وظروف التدفق. نظرًا لأن خصائص الموائع تعتمد على درجة الحرارة، يتم تقييمها عند درجة حرارة الفيلم ، وهي متوسط ​​درجة حرارة السطح والكتلة المحيطة، . ${\displaystyle T_{f}}$${\displaystyle T_{s}}$${\displaystyle {{T}_{\infty }}}$

${\displaystyle {{T}_{f}}={\frac {{{T}_{s}}+{{T}_{\infty }}}{2}}}$

تقدم توصيات تشرشل وتشو الارتباط التالي للحمل الحراري الطبيعي المجاور للمستوى الرأسي، لكل من التدفق الصفحي والمضطرب. ^{[3] [4]} k هي الموصلية الحرارية للسائل، L هو الطول المميز بالنسبة لاتجاه الجاذبية، Ra _L هو رقم رايلي بالنسبة لهذا الطول و Pr هو رقم براندتل (يمكن كتابة رقم رايلي على أنه حاصل ضرب رقم جراشوف ورقم براندتل).

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}\left({0.825+{\frac {0.387\mathrm {Ra} _{L}^{1/6}}{\left(1+(0.492/\mathrm {Pr} )^{9/16}\right)^{8/27}}}\right)^{2}\,\quad \mathrm {Ra} _{L}<10^{12}}$

بالنسبة للتدفقات الصفائحية، يكون الارتباط التالي أكثر دقة قليلاً. يُلاحظ أن الانتقال من حدود صفائحية إلى حدود مضطربة يحدث عندما يتجاوز Ra _L حوالي 10 ⁹ .

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}\left(0.68+{\frac {0.67\mathrm {Ra} _{L}^{1/4}}{\left(1+(0.492) /\mathrm {Pr} )^{9/16}\right)^{4/9}}}\right)\,\quad \mathrm {1} 0^{-1<\mathrm {Ra} _{L<10^{9}}$

بالنسبة للأسطوانات ذات محاورها الرأسية، يمكن استخدام التعبيرات الخاصة بالأسطح المستوية بشرط ألا يكون تأثير الانحناء كبيرًا جدًا. يمثل هذا الحد حيث يكون سمك الطبقة الحدودية صغيرًا نسبيًا لقطر الأسطوانة . بالنسبة للسوائل ذات Pr ≤ 0.72، يمكن استخدام الارتباطات للجدران المستوية الرأسية عندما ^[5]${\displaystyle D}$

${\displaystyle {\frac {D}{L}}\geq {\frac {35}{\mathrm {Gr} _{L}^{\frac {1}{4}}}}}$

أين رقم جراشوف ؟ ${\displaystyle \mathrm {Gr} _{L}}$

وفي سوائل Pr ≤ 6 عندما

${\displaystyle {\frac {D}{L}}\geq {\frac {25.1}{\mathrm {Gr} _{L}^{\frac {1}{4}}}}}$

وفي ظل هذه الظروف، يقتصر الخطأ على ما يصل إلى 5.5%.

اقترح WH McAdams الارتباطات التالية للصفائح الأفقية. ^[6] ستكون الطفو المستحث مختلفًا اعتمادًا على ما إذا كان السطح الساخن متجهًا لأعلى أو لأسفل.

بالنسبة للسطح الساخن المواجه للأعلى، أو السطح البارد المواجه للأسفل، للتدفق الرقائقي:

${\displaystyle h\ ={\frac {k0.54\mathrm {Ra} _{L}^{1/4}}{L}}\,\quad 10^{5}<\mathrm {Ra} _{L}<2\times 10^{7}}$

وللتدفق المضطرب:

${\displaystyle h\ ={\frac {k0.14\mathrm {Ra} _{L}^{1/3}}{L}}\,\quad 2\times 10^{7}<\mathrm {Ra} _{L}<3\times 10^{10}.}$

بالنسبة للسطح الساخن المواجه للأسفل، أو السطح البارد المواجه للأعلى، للتدفق الرقائقي:

${\displaystyle h\ ={\frac {k0.27\mathrm {Ra} _{L}^{1/4}}{L}}\,\quad 3\times 10^{5}<\mathrm {Ra} _{L}<3\times 10^{10}.}$

الطول المميز هو نسبة مساحة سطح اللوحة إلى المحيط. إذا كان السطح مائلًا بزاوية θ مع العمودي، فيمكن استخدام معادلات اللوحة العمودية التي وضعها تشيرشل وتشو لـ θ حتى 60 درجة؛ إذا كان تدفق الطبقة الحدودية رقائقيًا، يتم استبدال ثابت الجاذبية g بـ g cos  θ عند حساب حد Ra.

بالنسبة للأسطوانات ذات الطول الكافي والتأثيرات النهائية التي يمكن إهمالها، توصل تشيرشل وتشو إلى الارتباط التالي لـ . ${\displaystyle 10^{-5}<\mathrm {Ra} _{D}<10^{12}}$

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{D}}\left({0.6+{\frac {0.387\mathrm {Ra} _{D}^{1/6}}{\left(1+(0.559/\mathrm {Pr} )^{9/16}\,\right)^{8/27}\,}}}\right)^{2}}$

بالنسبة للكرات، يمتلك T. Yuge الارتباط التالي لـ Pr ≃1 و . ^[7]${\displaystyle 1\leq \mathrm {Ra} _{D}\leq 10^{5}}$

${\displaystyle {\mathrm {Nu} }_{D}\ =2+0.43\mathrm {Ra} _{D}^{1/4}}$

بالنسبة لتدفق الحرارة بين لوحين رأسيين متقابلين من الحاويات المستطيلة، يوصي كاتون بالارتباطين التاليين لنسب العرض إلى الارتفاع الأصغر. ^[8] الارتباطات صالحة لأي قيمة لرقم براندتل.

ل  : ${\displaystyle 1<{\frac {H}{L}}<2}$

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}0.18\left({\frac {\mathrm {Pr} }{0.2+\mathrm {Pr} }}\mathrm {Ra} _{L}\right)^{0.29}\,\quad \mathrm {Ra} _{L}\mathrm {Pr} /(0.2+\mathrm {Pr} )>10^{3}}$

حيث أن H هو الارتفاع الداخلي للعلبة و L هي المسافة الأفقية بين جانبي درجات الحرارة المختلفة.

ل  : ${\displaystyle 2<{\frac {H}{L}}<10}$

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}0.22\left({\frac {\mathrm {Pr} }{0.2+\mathrm {Pr} }}\mathrm {Ra} _{L}\right)^{0.28}\left({\frac {H}{L}}\right)^{-1/4}\,\quad \mathrm {Ra} _{L}<10^{10}.}$

بالنسبة للمرفقات الرأسية ذات نسب العرض إلى الارتفاع الأكبر، يمكن استخدام الارتباطين التاليين. ^[8] بالنسبة لـ 10 < H / L < 40:

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}0.42\mathrm {Ra} _{L}^{1/4}\mathrm {Pr} ^{0.012}\left({\frac {H}{L}}\right)^{-0.3}\,\quad 1<\mathrm {Pr} <2\times 10^{4},\,\quad 10^{4}<\mathrm {Ra} _{L}<10^{7}.}$

ل  : ${\displaystyle 1<{\frac {H}{L}}<40}$

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}0.46\mathrm {Ra} _{L}^{1/3}\,\quad 1<\mathrm {Pr} <20,\,\quad 10^{6}<\mathrm {Ra} _{L}<10^{9}.}$

بالنسبة لجميع الارتباطات الأربعة، يتم تقييم خصائص السوائل عند متوسط ​​درجة الحرارة - على عكس درجة حرارة الفيلم - حيث و هي درجات حرارة الأسطح الرأسية و . ${\displaystyle (T_{1}+T_{2})/2}$${\displaystyle T_{1}}$${\displaystyle T_{2}}$${\displaystyle T_{1}>T_{2}}$

انظر المقال الرئيسي رقم نوسلت ومعادلة تشرشل-برنشتاين للحمل الحراري القسري فوق أسطوانة أفقية.

يقدم سيدر وتيت الارتباط التالي لتفسير تأثيرات الدخول في التدفق الرقائقي في الأنابيب حيث هو القطر الداخلي، هو لزوجة السائل عند متوسط ​​درجة الحرارة العامة، هو اللزوجة عند درجة حرارة سطح جدار الأنبوب. ^[7]${\displaystyle D}$${\displaystyle {\mu }_{b}}$${\displaystyle {\mu }_{w}}$

${\displaystyle \mathrm {Nu} _{D}={1.86}\cdot {{\left(\mathrm {Re} \cdot \mathrm {Pr} \right)}^{{}^{1}\!\!\diagup \!\!{}_{3}\;}}{{\left({\frac {D}{L}}\right)}^{{}^{1}\!\!\diagup \!\!{}_{3}\;}}{{\left({\frac {{\mu }_{b}}{{\mu }_{w}}}\right)}^{0.14}}}$

بالنسبة للتدفق الرقائقي المتطور بالكامل، يكون رقم نوسلت ثابتًا ويساوي 3.66. يجمع ميلز بين تأثيرات الدخول والتدفق المتطور بالكامل في معادلة واحدة

${\displaystyle \mathrm {Nu} _{D}=3.66+{\frac {0.065\cdot \mathrm {Re} \cdot \mathrm {Pr} \cdot {\frac {D}{L}}}{1+0.04\cdot \left(\mathrm {Re} \cdot \mathrm {Pr} \cdot {\frac {D}{L}}\right)^{2/3}}}}$^[9]

إن ارتباط ديتوس-بولتر (1930) هو ارتباط شائع وبسيط بشكل خاص ومفيد للعديد من التطبيقات. وهذا الارتباط قابل للتطبيق عندما يكون الحمل القسري هو الوسيلة الوحيدة لنقل الحرارة؛ أي عندما لا يكون هناك غليان أو تكاثف أو إشعاع كبير وما إلى ذلك. ومن المتوقع أن تكون دقة هذا الارتباط ±15%.

بالنسبة للسائل المتدفق في أنبوب دائري مستقيم مع رقم رينولدز بين 10000 و 120000 (في نطاق تدفق الأنبوب المضطرب )، عندما يكون رقم براندتل للسائل بين 0.7 و 120، لموقع بعيد عن مدخل الأنبوب (أكثر من 10 أقطار للأنبوب؛ أكثر من 50 قطرًا وفقًا للعديد من المؤلفين ^[10] ) أو اضطرابات تدفق أخرى، وعندما يكون سطح الأنبوب أملسًا هيدروليكيًا، يمكن التعبير عن معامل انتقال الحرارة بين الجزء الأكبر من السائل وسطح الأنبوب صراحةً على النحو التالي:

${\displaystyle {hd \over k}={0.023}\,\left({jd \over \mu }\right)^{0.8}\,\left({\mu c_{p} \over k}\right)^{n}}$

أين:

${\displaystyle d}$هو القطر الهيدروليكي

${\displaystyle k}$هي الموصلية الحرارية للسائل السائب

${\displaystyle \mu }$هي لزوجة السائل

${\displaystyle j}$هو تدفق الكتلة

${\displaystyle c_{p}}$هي السعة الحرارية المتساوية الضغط للسائل

${\displaystyle n}$0.4 للتدفئة (الجدار أكثر سخونة من السائل السائب) و0.33 للتبريد (الجدار أكثر برودة من السائل السائب). ^[11]

يتم تقييم خصائص السوائل اللازمة لتطبيق هذه المعادلة عند درجة الحرارة الكلية وبالتالي تجنب التكرار.

عند تحليل انتقال الحرارة المرتبط بالتدفق عبر السطح الخارجي للمادة الصلبة، يتعقد الموقف بسبب ظواهر مثل فصل الطبقة الحدودية. وقد قام العديد من المؤلفين بربط المخططات والرسوم البيانية لمختلف الأشكال الهندسية وظروف التدفق. بالنسبة للتدفق الموازي لسطح مستوٍ، حيث هي المسافة من الحافة و هي ارتفاع الطبقة الحدودية، يمكن حساب متوسط ​​رقم نوسلت باستخدام تشبيه كولبورن . ^[7]${\displaystyle x}$${\displaystyle L}$

توجد ارتباطات بسيطة خاصة بالسوائل لمعامل انتقال الحرارة في الغليان. يرتبط ارتباط توم بتدفق الماء المغلي (المبرد جزئيًا أو المشبع عند ضغوط تصل إلى حوالي 20 ميجا باسكال) في ظل ظروف تسود فيها مساهمة الغليان النووي على الحمل الحراري القسري. هذا الارتباط مفيد للتقدير التقريبي لفرق درجات الحرارة المتوقع بالنظر إلى تدفق الحرارة: ^[12]

${\displaystyle \Delta T_{\rm {sat}}=22.5\cdot {q}^{0.5}\exp(-P/8.7)}$

أين:

${\displaystyle \Delta T_{\rm {sat}}}$هو ارتفاع درجة حرارة الجدار فوق درجة حرارة التشبع، كلفن

q هو تدفق الحرارة، MW/m ²

P هو ضغط الماء، ميجا باسكال

هذا الارتباط التجريبي خاص بالوحدات المعطاة.

يمكن التعبير عن مقاومة تدفق الحرارة بواسطة مادة جدار الأنبوب على أنها "معامل نقل الحرارة لجدار الأنبوب". ومع ذلك، يتعين على المرء تحديد ما إذا كان تدفق الحرارة يعتمد على القطر الداخلي أو الخارجي للأنبوب. إذا كان تدفق الحرارة يعتمد على القطر الداخلي للأنبوب، وإذا كان جدار الأنبوب رقيقًا مقارنة بهذا القطر، فإن انحناء الجدار له تأثير ضئيل على نقل الحرارة. في هذه الحالة، يمكن تقريب جدار الأنبوب كمستوى مسطح، مما يبسط الحسابات. يسمح هذا الافتراض بحساب معامل نقل الحرارة لجدار الأنبوب على النحو التالي:

${\displaystyle h_{\rm {wall}}={2k \over x}}$

أين

${\displaystyle k}$هي الموصلية الحرارية الفعالة لمادة الجدار

${\displaystyle x}$هو الفرق بين القطر الخارجي والداخلي.

ومع ذلك، عندما يكون سمك الجدار كبيرًا بما يكفي بحيث لا يمكن تجاهل الانحناء، فإن معامل نقل الحرارة يحتاج إلى مراعاة الشكل الأسطواني. ^[13] في ظل هذه الحالة، يمكن حساب معامل نقل الحرارة بدقة أكبر باستخدام:

${\displaystyle h_{\rm {wall}}={2k \over {d_{\rm {i}}\ln(d_{\rm {o}}/d_{\rm {i}})}}}$

أين

${\displaystyle d_{i}}$= القطر الداخلي للأنبوب [م]

${\displaystyle d_{o}}$= القطر الخارجي للأنبوب [م]

تعتمد الموصلية الحرارية لمادة الأنبوب عادةً على درجة الحرارة؛ وغالبًا ما يتم استخدام الموصلية الحرارية المتوسطة.

بالنسبة لعمليتي نقل حرارة أو أكثر تعملان بالتوازي، فإن معاملات نقل الحرارة الحملية تضاف ببساطة:

${\displaystyle h=h_{1}+h_{2}+\cdots }$

بالنسبة لعمليتي نقل حرارة أو أكثر متصلتين على التوالي، فإن معاملات نقل الحرارة الحملية تضاف عكسيا: ^[14]

${\displaystyle {1 \over h}={1 \over h_{1}}+{1 \over h_{2}}+\dots }$

على سبيل المثال، لنفترض وجود أنبوب يتدفق بداخله سائل. المعدل التقريبي لانتقال الحرارة بين كتلة السائل داخل الأنبوب والسطح الخارجي للأنبوب هو: ^[15]

${\displaystyle q=\left({1 \over {{1 \over h}+{t \over k}}}\right)\cdot A\cdot \Delta T}$

أين

${\displaystyle q}$= معدل انتقال الحرارة (وات)

${\displaystyle h}$= معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري (W/(m²·K))

${\displaystyle t}$= سمك الجدار (م)

${\displaystyle k}$= الموصلية الحرارية للجدار (وات/م·ك)

${\displaystyle A}$= المساحة (م²)

${\displaystyle \Delta T}$= الفرق في درجة الحرارة (ك)

معامل انتقال الحرارة الكلي هو مقياس للقدرة الكلية لسلسلة من الحواجز الموصلة والحملية على نقل الحرارة. يتم تطبيقه عادة على حساب انتقال الحرارة في المبادلات الحرارية ، ولكن يمكن تطبيقه بنفس القدر من الجودة على مشاكل أخرى. ${\displaystyle U}$

في حالة المبادل الحراري، يمكن استخدام العلاقة التالية لتحديد إجمالي انتقال الحرارة بين الجارين في المبادل الحراري: ${\displaystyle U}$

${\displaystyle q=UA\Delta T_{LM}}$

أين:

${\displaystyle q}$= معدل انتقال الحرارة (وات)

${\displaystyle U}$= معامل انتقال الحرارة الكلي (W/(m ² ·K))

${\displaystyle A}$= مساحة سطح نقل الحرارة (م ² )

${\displaystyle \Delta T_{LM}}$= متوسط ​​الفرق في درجات الحرارة اللوغاريتمي (K).

يأخذ معامل نقل الحرارة الإجمالي في الاعتبار معاملات نقل الحرارة الفردية لكل تيار ومقاومة مادة الأنبوب. يمكن حسابه كمقلوب لمجموع سلسلة من المقاومات الحرارية (ولكن توجد علاقات أكثر تعقيدًا، على سبيل المثال عندما يحدث نقل الحرارة عبر مسارات مختلفة بالتوازي):

${\displaystyle {\frac {1}{UA}}=\sum {\frac {1}{hA}}+\sum R}$

أين:

R = مقاومة (مقاومة) تدفق الحرارة في جدار الأنبوب (كيلو وات)

المعلمات الأخرى هي كما هو موضح أعلاه. ^[16]

معامل انتقال الحرارة هو الحرارة المنقولة لكل وحدة مساحة لكل كلفن. وبالتالي، يتم تضمين المساحة في المعادلة لأنها تمثل المساحة التي يتم نقل الحرارة عبرها. ستكون المساحات لكل تدفق مختلفة لأنها تمثل مساحة التلامس لكل جانب من جوانب السائل.

يتم حساب المقاومة الحرارية لجدار الأنبوب (للجدران الرقيقة) بالعلاقة التالية:

${\displaystyle R={\frac {x}{kA}}}$

أين

${\displaystyle x}$= سمك الجدار (م)

${\displaystyle k}$= الموصلية الحرارية للمادة (W/(m·K))

يمثل هذا انتقال الحرارة بالتوصيل في الأنبوب.

الموصلية الحرارية هي إحدى خصائص المادة المعينة. يتم إدراج قيم الموصلية الحرارية للمواد المختلفة في قائمة الموصلية الحرارية .

كما ذكرنا سابقًا في المقال، فإن معامل انتقال الحرارة بالحمل لكل تيار يعتمد على نوع السائل وخصائص التدفق وخصائص درجة الحرارة.

تتضمن بعض معاملات نقل الحرارة النموذجية ما يلي:

• الهواء - h = 10 إلى 100 واط/(م ² ك)
• الماء - h = 500 إلى 10000 واط/(م ² ك).

غالبًا ما تتراكم طبقة من الأوساخ على سطح المبادلات الحرارية أثناء استخدامها، مما يقلل من فعالية المبادلات الحرارية بالإضافة إلى تلويثها المحتمل للتيار. في المبادل الحراري المتسخ، يؤدي التراكم على الجدران إلى إنشاء طبقة إضافية من المواد التي يجب أن تتدفق الحرارة من خلالها. وبسبب هذه الطبقة الجديدة، توجد مقاومة إضافية داخل المبادل الحراري وبالتالي يتم تقليل معامل نقل الحرارة الإجمالي للمبادل. تُستخدم العلاقة التالية لحل مقاومة نقل الحرارة مع مقاومة الأوساخ الإضافية: ^[17]

${\displaystyle {\frac {1}{U_{f}P}}}$=${\displaystyle {\frac {1}{UP}}+{\frac {R_{fH}}{P_{H}}}+{\frac {R_{fC}}{P_{C}}}}$

أين

${\displaystyle U_{f}}$= معامل نقل الحرارة الإجمالي للمبادل الحراري المتسخ،${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {W}{m^{2}K}}}}$

${\displaystyle P}$= محيط المبادل الحراري، قد يكون محيط الجانب الساخن أو البارد، ومع ذلك، يجب أن يكون نفس المحيط على جانبي المعادلة،${\displaystyle {\rm {m}}}$

${\displaystyle U}$= معامل نقل الحرارة الإجمالي للمبادل الحراري غير المتسخ،${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {W}{m^{2}K}}}}$

${\displaystyle R_{fC}}$= مقاومة التلوث على الجانب البارد للمبادل الحراري،${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {m^{2}K}{W}}}}$

${\displaystyle R_{fH}}$= مقاومة التلوث على الجانب الساخن للمبادل الحراري،${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {m^{2}K}{W}}}}$

${\displaystyle P_{C}}$= محيط الجانب البارد للمبادل الحراري،${\displaystyle {\rm {m}}}$

${\displaystyle P_{H}}$= محيط الجانب الساخن للمبادل الحراري،${\displaystyle {\rm {m}}}$

تستخدم هذه المعادلة معامل انتقال الحرارة الإجمالي لمبادل حراري غير متسخ ومقاومة التلوث لحساب معامل انتقال الحرارة الإجمالي لمبادل حراري متسخ. تأخذ المعادلة في الاعتبار أن محيط المبادل الحراري مختلف على الجانبين الساخن والبارد. لا يهم المحيط المستخدم طالما أنه هو نفسه. سيتم تعديل معاملات انتقال الحرارة الإجمالية لتأخذ في الاعتبار أنه تم استخدام محيط مختلف حيث سيظل المنتج كما هو. ${\displaystyle P}$${\displaystyle UP}$

يمكن حساب مقاومة التلوث لمبادل حراري معين إذا كان متوسط ​​سمك التلوث والتوصيل الحراري معروفين. سيؤدي حاصل ضرب متوسط ​​السمك والتوصيل الحراري إلى مقاومة التلوث على جانب معين من المبادل الحراري. ^[17]

${\displaystyle R_{f}}$=${\displaystyle {\frac {d_{f}}{k_{f}}}}$

أين:

${\displaystyle d_{f}}$= متوسط ​​سمك الأوساخ في المبادل الحراري،${\displaystyle {\rm {m}}}$

${\displaystyle k_{f}}$= الموصلية الحرارية للأوساخ، .${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {W}{mK}}}}$

• انتقال الحرارة بالحمل الحراري
• تقليل الحرارة
• الحمل الحراري
• معادلة تشرشل-برنشتاين
• حرارة
• مضخة الحرارة
• مخطط هيسلر
• الموصلية الحرارية
• الأنظمة الحرارية الهيدروليكية
• رقم البيوت
• رقم فورييه
• رقم نوسلت

• معاملات نقل الحرارة الكلية
• جدول ومعادلة معاملات انتقال الحرارة الكلية
• الارتباطات الخاصة بانتقال الحرارة بالحمل الحراري
• ThermoTurb – حاسبة لمعاملات نقل الحرارة