Warmteoverdrachtscoëfficiënten: Leer de acht soorten en hun berekening voor efficiënte warmteoverdracht in thermische engineering, inclusief toepassingen en formules.
8 Soorten Warmteoverdrachtscoëfficiënten en Hoe ze te Berekenen
Warmteoverdracht is een essentieel concept in thermische engineering, waarbij warmte van het ene object naar het andere wordt overgedragen. De warmteoverdrachtscoëfficiënt speelt hierbij een cruciale rol, omdat deze bepaalt hoe snel of langzaam deze overdracht plaatsvindt. Er zijn verschillende soorten warmteoverdrachtscoëfficiënten, elk met hun eigen toepassingen en berekeningsmethodes. Hieronder beschrijven we acht belangrijke soorten en hoe je ze kunt berekenen.
Convectieve Warmteoverdrachtscoëfficiënt (hc)
De convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt geeft de snelheid weer waarmee warmte wordt overgedragen tussen een vast oppervlak en een vloeistof of gas dat er langs stroomt. Deze coëfficiënt kan worden berekend met behulp van de volgende formule:
hc = \frac{q}{A * \Delta T}
waarbij:
q = warmtestroom (W)
A = oppervlakte (m2)
\Delta T = temperatuurverschil (K)
Stralingswarmteoverdrachtscoëfficiënt (hr)
Stralingswarmteoverdracht vindt plaats via elektromagnetische golven. Voor de stralingswarmteoverdrachtscoëfficiënt gebruiken we Stefan-Boltzmann-wet:
hr = \epsilon * \sigma * (T14 - T24) / (T1 - T2)
waarbij:
\epsilon = emissiviteit
\sigma = Stefan-Boltzmann constante (5.67 * 10-8 W/m2K4)
T1 en T2 = temperaturen (K)
Geleidingswarmteoverdrachtscoëfficiënt (k)
Deze coëfficiënt meet de warmteoverdracht door een materiaal en wordt ook wel thermische geleidingsvermogen genoemd:
k = \frac{dQ}{A * dT/dx}
waarbij:
dQ = kleine hoeveelheid warmte (W)
A = dwarsdoorsnede-oppervlakte (m2)
dT/dx = temperatuurgradiënt (K/m)
Gesmolten Zout Warmteoverdrachtscoëfficiënt
Gesmolten zout wordt vaak gebruikt in systemen met hoge temperaturen vanwege zijn hoge warmtecapaciteit. De warmteoverdrachtscoëfficiënt wordt berekend door specifieke experimentele metingen en empirische relaties en hangt af van de soort zout en temperatuur.
Nanofluïden Warmteoverdrachtscoëfficiënt
Nanofluïden zijn vloeistoffen met nanodeeltjes erin. Ze hebben verbeterde warmteoverdrachtskenmerken. De coëfficiënt wordt ook empirisch berekend en is afhankelijk van de concentratie van nanodeeltjes en vloeistofsoort.
Condensatie Warmteoverdrachtscoëfficiënt (hc)
Condensatie vindt plaats wanneer een damp verandert in een vloeistof. De warmteoverdrachtscoëfficiënt voor condensatie kan worden berekend met behulp van de Nusselt-theorie bij druppelvormige en filmcondensatie:
hc = 0.943 * \left( \frac{\rho * g * (Tw - Ts)}{\mu * \lambda} \right)1/4
waarbij:
\rho = dichtheid (kg/m3)
g = zwaartekracht (9.81 m/s2)
Tw – Ts = temperatuurverschil (K)
\mu = dynamische viscositeit (Pa·s)
\lambda = latente warmte (J/kg)
Kokende Warmteoverdrachtscoëfficiënt
Bij koken is de warmteoverdrachtscoëfficiënt afhankelijk van de aard van het kookproces (nucleaat koken of filmkoken). Deze empirische coëfficiënt wordt meestal bepaald via experimenten en varieert met verschillende vloeistoffen en drukomstandigheden.
Verluchting Warmteoverdrachtscoëfficiënt (hv)
Een stroming van lucht over een oppervlakte beïnvloedt de warmteoverdrachtscoëfficiënt. Deze kan worden berekend met behulp van de volgende formule:
hv = C * (vair)n
waarbij:
C = constante afhankelijk van de vorm en oriëntatie van het oppervlak
vair = snelheid van de lucht (m/s)
n = exponent die afhangt van de stroomcondities (meestal tussen 0.5 en 0.8)
Het begrijpen van deze warmteoverdrachtscoëfficiënten en hun berekeningsmethodes is cruciaal voor het ontwerpen en optimaliseren van thermische systemen. Deze coëfficiënten helpen ingenieurs om efficiëntere warmteoverdrachttoestellen te creëren, van warmtewisselaars tot koelsystemen.