En värmeöverföringskoefficient är ett begrepp inom fysik och termodynamik som beskriver hur och hur lätt värmeenergi överförs från ett material till ett annat. I många fall överförs värme lättast när de aktuella materialen skiftar från fasta ämnen till vätskor till gaser; värme kan också passera från en vätska till en gas eller eller vice versa, såsom är fallet med kall luft ovanför en varm sjö. Värme kommer alltid att flöda från varmt till kallt för material i direkt kontakt, och överföringskoefficienten är ett sätt att uttrycka denna förändring påtagligt och i matematiska termer. Det är ett viktigt koncept för tillverkare och byggare i många branscher. Det hjälper till exempel ingenjörer att designa bättre kokkärl, och hjälper till att göra maskiner och saker som förbränningsmotorer i bilar säkrare; det används också för att göra isolering i hem och kontor mer effektiv. Att fastställa grunderna för koefficienten är vanligtvis ganska okomplicerat, men detaljerna i hur dess kärnformel både fungerar och gäller för att förändra termodynamiska scenarier kan vara något komplicerat.
Beräkningsgrunderna
Kvantitativt är koefficienten en funktion av de två materialen i kontakt; temperaturen för varje, som bestämmer drivkraften; och faktorer som förstärker eller förringar värmeöverföringen, såsom konvektion respektive ytförorening. Standardberäkningsrubriken uttrycks vanligtvis som h = q / ∆t, där ”h” är den totala värmeöverföringskoefficienten, ”q” är mängden värme som överförs per ytenhet och ”∆t” är temperaturskillnaden mellan angränsande ytor eller ytor i fråga.
Det finns också ekvationer för att bestämma mängden värme som överförs per ytenhet, per grad temperaturskillnad mellan de två angränsande materialen och per tidsperiod som kan bidra till att påverka den mer grundläggande formeln. Beräkningar för dimensionering av industriell utrustning, såsom värmare och värmeväxlare, löser vanligtvis värme som överförs per timme eftersom anläggningens produktionskapacitet vanligtvis bestäms på timbasis.
Förstå övergripande koefficienter
En total värmeöverföringskoefficient, som ofta används i värmeväxlarekvationer, skulle behöva ta hänsyn till ett antal faktorer. Till exempel, i ett ångmaskinscenario, skulle den mättade ångan vid en given temperatur, gränsytan mellan ångan och röret, ledningsförmågan genom rörväggen, gränssnittet till vätskan inuti rören såsom olja och temperaturen på inkommande olja behövas. att betraktas. Information från dessa faktorer kan hjälpa till att avgöra hur stor en värmeväxlare som skulle behövas och vilken design och materialstrategi som skulle fungera bäst.
Betydelse för tillverkning
Dessa koefficienter beaktas alltid när man designar utrustning som är specifikt avsedd att överföra värme – eller att inte överföra värme. Kokgrytor, kylflänsar på en motorcykelmotor, blåser på en sked för varm soppa eller en person som värmer en annans kalla händer är alla exempel på att förbättra värmeöverföringskoefficienten. Den största enskilda bidragsgivaren till bättre överföringskoefficienter, givet materialbegränsningarna, är snabb rörelse av komponenternas flytande fas. Att blåsa luft genom en radiator, inducera turbulent flöde i en värmeväxlare eller snabbt rörlig luft i en konvektionsugn ger mycket högre överföringskoefficienter än stillastående förhållanden. Detta beror på att fler molekyler för att absorbera värme presenteras på den heta ytan på kortare tid.
Roll inom isolering och konstruktion mer generellt
Å andra sidan tar sökandet efter mycket effektiv isolering också hänsyn till den beräknade värmeöverföringen för var och en av dess gränssnitt. Isolering är viktigt för alla möjliga saker, inklusive kylar och frysar, picknickkylare, vinterkläder och energieffektiva hem. Döda luftutrymmen, hålrum i skum och material med låg ledningsförmåga bidrar alla till att ge isolering.