طريقة سيرل

[فيزيائي مفعم]

تعريف المعامل ومعناه

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

المعادلة تنص على:
حيث:
Q: كمية الحرارة المنتقلةα: معامل انتقال الحرارة (يرمز لها بالإنجليزية hc)A: مساحة التلامسT₁,وT₂: درجتي حرارة الوسطينΔt: الفترة الزمنية (ونحصل على أبعاد معامل انتقال الحرارة بوحدات SI نظام الوحدات الدولي كالآتي:
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
وتكون وحدتها كلفن/واط K/W .
[عدل]حسابات ترموديناميكية

[عدل]معامل انتقال الحرارة المحلي

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 عند متوسط درجة الحرارة وسمك الطبقة الفاصلة:
وتكون كثافة الدفق الحراري عبر سطح التلامس مساوية ل:
حيث:
ستكون معتمدة على الموقع, درجة حرارة السائل في المنطقة المختلطة (الدوامية) درجة حرارة سطح الحائل الموضعية .في حالة الغازات تكون مساوية لسمك 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%) :
[عدل]متوسط معامل الانتقال الحراري

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 . وتنطبق المعادلة :
حيث: طول مميز ( مثل قطر نفاثة): توصيل حراري للسائل: عدد رينولدز: عدد برانتلوبالنسبة إلى عدد نوسيلت فهو دالة لعدد رينولدز ودالة لعدد برانتل عند اتباع هندسة معينة وتعريفهما كالآتي:
; حيث:
هي سرعة مميزة لسرعة تدفق السائل ( مثل متوسط سرعة خروج السائل من النفاثة )، اللزوجة, الحرارة النوعية عند ثبات الضغط الكثافة عند متوسط درجة الحرارة الحسابية للسائل .ويجب عند حساب معامل الانتقال الحراري بواسطة عدد نوسيلت الأخذ في الاعتبار الطول المميز و سرعة التدفق.
[عدل]الحمل الحراري الحر

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 سرعة تدفق الهواء بالمتر/الثانية ، فيساوي معامل النتقال الحراري :
وعنما يكون الماء هو الوسط المتدفق ، نستخدم المعادلة :
[عدل]انتقال الحرارة بالإشعاع

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
[ W/m²K][2]	4,1	4,6	5,1	5,7	6,3
	0,24	0,22	0,20	0,18	0,16

[عدل]وكيبيديا