In questo articolo il termine "Trasferimento di calore a convezione forzata" e i fatti relativi al trasferimento di calore a convezione forzata verranno illustrati in breve. Il trasferimento di calore a convezione forzata utilizza in pompa, ventilatore a soffitto, dispositivo di aspirazione.
Il trasferimento di calore a convezione forzata è un termine che è una classificazione del trasporto o il trasferimento di calore a convezione forzata è un meccanismo che aiuta a produrre il movimento di un fluido che scorre applicando forza dall'esterno. Quasi ovunque viene utilizzato il trasferimento di calore a convezione forzata come la turbina a vapore, il riscaldamento centralizzato e molti altri.
Che cos'è il trasferimento di calore a convezione forzata?
Accanto alla conduzione termica, la convezione naturale e la convezione termica sono la classificazione del trasferimento di calore e consentono anche di trasformare una quantità sufficiente di energia termica senza problemi.
Il trasferimento di calore a convezione forzata è in realtà una classificazione molto speciale del trasferimento di calore. Con l'aiuto del trasferimento di calore a convezione forzata, si ha l'impressione che un fluido si muova da una zona all'altra applicando forza dal lato esterno. In questo caso la quantità di trasferimento di calore è un aumento per questo è un altro termine è Heat Rises.
Equazione del trasferimento di calore a convezione forzata:
Quando la convezione potenzialmente mista viene analizzata in quel caso il parametro fisico noto come numero di Archimede.
Nel numero di Archimede due condizioni sono implicate convezione forzata e prive di forza relativa. L'equazione del trasferimento di calore a convezione forzata è riportata di seguito,
Ar = gr/ri2
Dove,
Ar = Numero di Archimede
Gr = Numero Grashof
Re = numero di Reynolds
Con l'aiuto del numero di Grashof la forza di galleggiamento è espressa e con l'aiuto del numero di Reynolds la forza di inerzia è espressa. Quindi, dall'equazione di trasferimento del calore per convezione forzata è chiaro che Numero di Archimede significa anche rapporto tra il numero di Grashof e il quadrato del numero di Reynolds.
Quando il valore di Ar < < 1 quindi rappresenta l'equazione di scambio termico per convezione forzata.
L'altro parametro fisico per esprimere il trasferimento di calore a convezione forzata è il numero di Peclet. Il numero di Peclet è il rapporto tra il movimento della corrente significa l'avvezione e il movimento dalla concentrazione più alta a quella più bassa significa diffusione.
Pe = UL/α
Quando il valore di Pe > > 1 significa che l'avvezione domina la diffusione.
Quando il valore di Pe < < 1 significa che la diffusione domina l'avvezione.
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Coefficiente di scambio termico a convezione forzata:
L'equazione del coefficiente di scambio termico a convezione forzata è discussa di seguito,
Coefficiente di scambio termico a convezione forzata in flusso interno e flusso laminare:-
Tate e Sieder danno un concetto di correlazione per tenere conto del flor laminare nell'effetto ingresso.
Un coefficiente di scambio termico a convezione forzata nel flusso interno e nel flusso laminare può essere espresso come,
NuD = 1.86 (Rif. Pr)1/3 (D/L)1/3 (μb/µw})0.14
Dove,
D = Diametro interno
μb = Viscosità del fluido della temperatura media di massa
μw= Viscosità del fluido alla temperatura di parete del tubo
NuD= Numero Nussel
Ri = Numero di Reynolds
pr = Numero Prandtl
L = Lunghezza del tubo
Quando il flusso laminare è completamente sviluppato, in tal caso il numero di Nusselt rimane costante e il valore del numero di Nusselt sarà 3.66. In tal caso il coefficiente di scambio termico a convezione forzata in interno flusso e laminare il flusso può essere espresso come
Nu_D = 3.66 + (0.065 x Re x Pr x D/L)/(1 + 0.04 x (Re x Pr x D/L)2/3
Coefficiente di scambio termico a convezione forzata nel flusso interno e nel flusso turbolento:-
Quando in un tubo circolare il fluido scorre, in quel caso il numero di Reynolds rimane nell'intervallo tra 10,000 e 12,000 e il numero di Prandtl rimane nell'intervallo tra 0.7 e 120. Coefficiente di trasferimento del calore a convezione forzata in interno flusso e turbolento flusso può essere scritto come
hd/k = (0.023 jd/μ)0.8 (μcp/K)n
Dove,
d = diametro idraulico
μ = viscosità del fluido
k = Conducibilità termica per il fluido sfuso
cp = Capacità termica isobarica per la sostanza fluida
j = flusso di massa
n = 0.4 per la parete più calda del fluido di massa e 0.33 per la parete più fredda del fluido di massa
In che modo la convezione forzata influisce sul trasferimento di calore?
Il maggior vantaggio del trasferimento di calore a convezione forzata rispetto al trasferimento di calore a convezione libera è quello di aumentare la quantità di trasferimento di calore.
Con l'aiuto del trasferimento di calore a convezione forzata, la quantità di trasferimento di calore può essere aumentata con l'aiuto della forza esercitata dal lato esterno. La relazione tra il trasferimento di calore per convezione forzata e il trasferimento di calore è direttamente proporzionale. Aumentando la convezione forzata aumenta anche il trasferimento di calore della sorgente dell'impianto.
Cosa influenza il coefficiente di scambio termico convettivo?
Il coefficiente di scambio termico convettivo dipende da alcuni fattori. Sono elencati di seguito,
- Velocità del fluido
- Densità del fluido
- Conduttività termica
- Viscosità dinamica del fluido
- Calore specifico
Velocità del fluido:-
La velocità del fluido o velocità del flusso è un campo vettoriale. Con l'aiuto della velocità del fluido, il movimento di un fluido che scorre può essere determinato in forma matematica. La quantità totale di lunghezza della velocità del fluido è determinata come velocità del fluido. La velocità del flusso nei fluidi è il campo vettoriale che fornisce la velocità dei fluidi in un determinato momento e posizione.
La formula della velocità del fluido è data di seguito,
Q = VA
Dove,
Q = Portata volumetrica della sostanza liquida
V = Velocità della sostanza liquida
A = Area della sezione trasversale del sistema aperto
Densità del fluido:-
Dalla legge di conversione della massa otteniamo un concetto chiaro sulla densità del fluido. La conversione delle portate massiche afferma che la quantità della massa di un particolare oggetto non può essere creata o distrutta. La massa di un corpo è misurata dal bilanciamento della leva.
La densità del fluido può essere definita come un oggetto che contiene massa è costante a temperatura e pressione standard.
La formula della densità del fluido è data di seguito,
ρ = m/v
Dove,
ρ = Densità del fluido
m = massa del fluido
v = Volume del fluido
L'unità SI della densità del fluido è chilogrammo per metro cubo
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Conduttività termica:-
La conducibilità termica afferma che la velocità con cui il calore viene trasferito attraverso un dato materiale è proporzionale al valore negativo del gradiente di temperatura. Ed è anche proporzionale all'area in cui scorre il calore, ma inversamente proporzionale alla distanza tra i due piani isotermici.
La formula della conducibilità termica è data di seguito,
K = Qd/AΔT
Dove,
K = Conducibilità termica e unità è
Q = La quantità di unità di scambio termico è Joule/secondo o Watt
d = La distanza dai due piani dell'unità isotermica è
A = La superficie dell'unità di superficie è di mq
ΔT = l'unità di differenza di temperatura è Kelvin
attraverso una differenza di temperatura; Credito immagine - wikipedia
Viscosità dinamica del fluido:-
La viscosità dinamica del fluido può derivare dal rapporto tra la sollecitazione di taglio e la deformazione di taglio. L'unità della viscosità dinamica del fluido è Pascal. Con l'aiuto della dinamica possiamo facilmente capire quale prodotto quanto denso e come può fluire il fluido in un movimento significa che con l'aiuto della viscosità possiamo riconoscere il comportamento del fluido.
Di seguito è riportata la formula della viscosità dinamica del fluido,
η = T/γ
Dove,
η = viscosità dinamica del fluido
T = sforzo di taglio
γ= velocità di taglio
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Calore specifico:-
Il calore specifico può essere derivato come; la quantità di calore è necessaria per aumentare la temperatura di un grammo di una materia di un grado Celsius. Le unità del calore specifico sono come calorie o joule per grammo per grado Celsius.
Il calore specifico è anche noto come capacità termica massica. Ad esempio, il calore specifico dell'acqua è 1 caloria (o 4.186 joule) per grammo per grado Celsius.
Di seguito è riportata la formula del calore specifico del fluido,
Q = mcΔT
Dove,
Q = energia termica
m = massa del fluido
c = Capacità termica specifica
ΔT= Variazione di temperatura
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Come trovare coefficiente di scambio termico convettivo per aria?
Le unità comuni utilizzate per misurare il coefficiente di scambio termico convettivo per l'aria sono elencate di seguito,
- 1 W / (m2K) = 0.85984 kcal/(hm20 C) = 0.1761 Btu/(ft2 h 0 F)
- 1 kcal/(hm20 C) = 1.163 W/(m2K) = 0.205 Btu/(ft2 h 0 F)
- Btu/ora – piedi2 -0 F = 5.678 W/(m2K) = 4.882 kcal/(hm20°C)
Trasferimento di calore a convezione forzata attraverso un tubo:
Quando in un tubo circolare il fluido scorre, in quel caso il numero di Reynolds rimane nell'intervallo tra 10,000 e 12,000 e il numero di Prandtl rimane nell'intervallo tra 0.7 e 120.
Il coefficiente di scambio termico della convezione forzata nel flusso interno e nel flusso turbolento può essere scritto come:
hd/k = 0.023 (jd/μ)0.8 (μcp/K)n
Dove,
d = diametro idraulico
μ= Viscosità del fluido
k = Conducibilità termica per il fluido sfuso
cp = Capacità termica isobarica per la sostanza fluida
j = flusso di massa
n = 0.4 per la parete più calda del fluido di massa e 0.33 per la parete più fredda del fluido di massa
Le proprietà del fluido che scorre sono necessarie per l'applicazione nel metodo dell'equazione e possono essere calcolate alla temperatura di massa per questo motivo è possibile evitare l'iterazione.
Applicazione del trasferimento di calore a convezione forzata:
L'applicazione del trasferimento di calore a convezione forzata è elencata di seguito,
- Rimozione del calore
- Simulazione del dissipatore di calore
- Ottimizzazione termica
- Studi sulla sensibilità al calore
- Simulazione elettroventilatore
- Raffreddamento del case del computer
- Progettazione del sistema di raffreddamento
- Progettazione impianto di riscaldamento
- Unità centrale di possesso ventilata
- Unità centrale di possesso raffreddata ad acqua
- Simulazione di circuiti stampati
Esempi di trasferimento di calore a convezione forzata:
Esempi del trasferimento di calore a convezione forzata sono elencati di seguito,
- Sistema di aria condizionata
- Forno a convezione
- Pump
- Dispositivo di aspirazione
- Ventilatore
- Mongolfiera
- Frigorifero
- Radiatori per auto
Differenza tra scambio di calore a convezione libera e forzata:
Di seguito sono riportati i principali punti di differenza tra il trasferimento di calore a convezione libera e forzata,
| Parametro | Trasferimento di calore a convezione libera | Trasferimento di calore a convezione forzata | |
| Definizione | Il trasferimento di calore a convezione libera sta comparendo per la differenza di densità tra il fluido a temperatura più alta e il fluido a temperatura più bassa. | Con l'aiuto del trasferimento di calore per convezione forzata, si ha l'impressione che un fluido si sposti da un'area all'altra applicando la forza dal lato esterno | |
| Applicazioni | 1. Scambiatore di calore 2. Pale della turbina a gas 3. Scaldacqua solare 4. Nucleare progettazione del reattore 5. Isolamento della cabina dell'aeromobile | 1. Impianto di aria condizionata 2. pompa 3. Dispositivo di aspirazione 4. Ventilatore da soffitto | |
| Velocità di trasferimento del calore | Velocità di trasferimento del calore per un trasferimento di calore a convezione libera basso | Velocità di trasferimento del calore per il trasferimento di calore a convezione forzata elevata | |
| Attrezzature esterne | Non necessario | Necessario | |
| Moto delle particelle | Rallentare | Muoviti più veloce | |
| Dimensione dell'attrezzatura | La dimensione delle apparecchiature utilizzate nel trasferimento di calore per convezione libera è maggiore. | La dimensione delle apparecchiature utilizzate nel trasferimento di calore a convezione forzata è inferiore. | |
| Flusso di molecole | Non controllato | Controllata | |
| Coefficiente di trasmissione del calore | Di meno | Alta | |
| Movimento delle molecole | A causa della differenza di temperatura e densità, il lavoro di trasferimento di calore per convezione è libero. | A causa della forza esercitata, applicare un lavoro di trasferimento di calore a convezione forzata. |
Come funziona il trasferimento di calore a convezione forzata?
Il trasferimento di calore a convezione forzata funziona quando l'area della sostanza gassosa o della sostanza liquida si trova di fronte a una temperatura più alta o più bassa rispetto a una temperatura maggiore della loro temperatura vicina e provoca una differenza tra la temperatura del sistema e la temperatura vicina.
Il divario di temperatura fa sì che gli spazi si muovano all'aumentare della temperatura più alta dello spazio meno denso e la temperatura più bassa dello spazio più denso sprofonda.
Ciao... sono Indrani Banerjee. Ho completato la mia laurea in ingegneria meccanica. Sono una persona entusiasta e sono una persona positiva su ogni aspetto della vita. Mi piace leggere libri e ascoltare musica.
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