الانتقال الحراري القسري للحرارة


في هذه المقالة ، سيكون مصطلح "نقل الحرارة بالحمل القسري" والحقائق ذات الصلة بنقل الحرارة بالحمل القسري موضعًا موجزًا. يستخدم النقل الحراري القسري للحمل في المضخة ومروحة السقف وجهاز الشفط.

نقل الحرارة بالحمل القسري هو مصطلح تصنيف للنقل أو نقل الحرارة بالحمل القسري هو آلية تساعد على إنتاج حركة مائع متدفق من خلال تطبيق القوة من الخارج. يتم استخدام نقل الحرارة بالحمل القسري في كل مكان تقريبًا مثل التوربينات البخارية والتدفئة المركزية وغيرها الكثير.

ما هو انتقال الحرارة القسري؟

إلى جانب التوصيل الحراري ، يعتبر الحمل الحراري الطبيعي والحمل الحراري تصنيفًا لنقل الحرارة ، كما يجب تحويل كمية كافية من الطاقة الحرارية دون أي متاعب.

يعتبر نقل الحرارة بالحمل القسري في الواقع تصنيفًا خاصًا جدًا لنقل الحرارة. بمساعدة النقل الحراري القسري للحرارة ، يكون السائل هو انطباع للانتقال من منطقة إلى منطقة أخرى عن طريق تطبيق القوة من الجانب الخارجي. في هذه الحالة ، يكون مقدار نقل الحرارة زيادة ، وهذا مصطلح آخر هو ارتفاع الحرارة.

معادلة نقل الحرارة بالحمل القسري:

عندما يتم تحليل الحمل الحراري المختلط المحتمل في هذه الحالة ، فإن المعلمة الفيزيائية المعروفة باسم رقم أرخميدس.

في العدد الثاني من أرخميدس ، تتضمن الحالتان الحمل القسري والخالي من القوة النسبية. معادلة نقل الحرارة بالحمل القسري مذكورة أدناه ،

Ar = Gr / Re2

أين،

Ar = رقم أرخميدس

Gr = رقم Grashof

إعادة = رقم رينولدز

بمساعدة قوة طفو رقم Grashof ، يتم التعبير عن قوة القصور الذاتي من خلال مساعدة عدد رينولدز. لذلك ، من معادلة نقل الحرارة بالحمل القسري ، من الواضح أن رقم أرخميدس يعني أيضًا النسبة المئوية لرقم جراشوف ومربع رقم رينولدز.

عندما تكون قيمة Ar <1 ثم تمثل معادلة انتقال الحرارة بالحمل القسري.

المعلمة الفيزيائية الأخرى للتعبير عن انتقال الحرارة بالحمل القسري هي رقم Peclet. رقم Peclet هو نسبة الحركة بواسطة التأفق الحالي للوسائل ، والحركة من التركيز الأعلى إلى الأقل تعني الانتشار.

Pe = UL / α

عندما تعني قيمة Pe>> 1 أن التأفق يهيمن على الانتشار.

عندما تعني قيمة Pe <<1 أن الانتشار يهيمن على التأفق.

نقل الحرارة القسري
صورة - الحمل القسري بواسطة مروحة في آلة الثلج ؛
حقوق الصورة - ويكيبيديا

معامل انتقال الحرارة بالحمل القسري:

تناقش معادلة معامل انتقال الحرارة بالحمل القسري أدناه ،

معامل انتقال الحرارة بالحمل القسري في التدفق الداخلي والتدفق الصفحي: -

يعطي Tate و Sieder مفهومًا للارتباط لحساب الفلور الرقائقي في تأثير المدخل.

يمكن التعبير عن معامل نقل الحرارة بالحمل القسري في التدفق الداخلي والتدفق الصفحي على النحو التالي ،

NuD = 1.86 (إعادة. العلاقات العامة)1/3 (D / L)1/3 b/ μw})0.14

أين،

D = القطر الداخلي

μb = متوسط ​​لزوجة المائع للحرارة السائبة

μw= لزوجة السائل عند درجة حرارة جدار الأنبوب

NuD= رقم نسلت

إعادة =  رينولدز رقم

العلاقات العامة = رقم براندتل

L = طول الأنبوب

عندما يتم تطوير التدفق الرقائقي بالكامل في هذه الحالة ، يظل رقم نسلت ثابتًا وستكون قيمة رقم نسلت 3.66. في هذه الحالة ، معامل انتقال الحرارة بالحمل القسري في الداخل التدفق والصفحي يمكن التعبير عن التدفق على النحو التالي ،

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

معامل انتقال الحرارة بالحمل القسري في التدفق الداخلي والتدفق المضطرب: -

عندما يتدفق سائل أنبوب دائري في هذه الحالة ، يظل رقم رينولد في النطاق بين 10,000 إلى 12,000 ويظل رقم برانتل في النطاق بين 0.7 إلى 120. معامل نقل الحرارة القسري بالحمل الحراري في الداخل التدفق والاضطراب يمكن كتابة التدفق كـ ،

hd / k = (0.023 jd / μ)0.8 (μ جp/ك)n

أين،

د = القطر الهيدروليكي

μ = لزوجة السوائل

k = التوصيل الحراري للسائل الكتلي

cp = السعة الحرارية متساوية الضغط للمادة السائلة

j = التدفق الجماعي

n = 0.4 للجدار الأكثر سخونة من السائل السائب و 0.33 للجدار الأكثر برودة من السائل السائب

كيف يؤثر الحمل القسري على نقل الحرارة؟

إن الميزة الأكبر لانتقال الحرارة بالحمل القسري من نقل الحرارة بالحمل الحر هي القدرة على زيادة كمية نقل الحرارة.

بمساعدة نقل الحرارة بالحمل القسري ، يمكن زيادة كمية نقل الحرارة بمساعدة القوة التي يمارسها الجانب الخارجي. العلاقات بين انتقال الحرارة القسري ونقل الحرارة تتناسب طرديا. زيادة الحمل القسري ، يزداد أيضًا نقل الحرارة لمصدر النظام.

ما الذي يؤثر على معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري؟

يعتمد معامل انتقال الحرارة الحراري على بعض العوامل. تم سردها أدناه ،

سرعة السائل: -

سرعة المائع أو سرعة التدفق هي حقل متجه. بمساعدة سرعة السائل ، يمكن تحديد حركة السائل المتدفق في الشكل الرياضي. يتم تحديد المقدار الإجمالي لطول سرعة المائع على أنه سرعة المائع. سرعة التدفق في الموائع هي المجال المتجه الذي يوفر سرعة السوائل في وقت وموضع معينين.

معادلة سرعة السائل موضحة أدناه ،

س = فا

أين،

س = معدل التدفق الحجمي للمادة السائلة

V = سرعة المادة السائلة

أ = منطقة المقطع العرضي للنظام المفتوح

كثافة السائل: -

من قانون تحويل الكتلة نحصل على مفهوم واضح عن كثافة السائل. ينص تحويل معدلات التدفق الكتلي على أنه لا يمكن إنشاء أو تدمير كمية كتلة كائن معين. تقاس كتلة الجسم من خلال ميزان الرافعة.

يمكن تعريف كثافة السائل على أنها ، الجسم الذي يحتوي على كتلة ثابت عند درجة الحرارة والضغط القياسيين.

يتم إعطاء صيغة كثافة السائل أدناه ،

ρ = م / ت

أين،

ρ = كثافة السائل

م = كتلة السائل

v = حجم السائل

وحدة SI لكثافة السائل هي كيلوغرام لكل متر مكعب

صورة - أسطوانة مدرجة تحتوي على سوائل ملونة مختلفة غير قابلة للامتزاج بكثافات مختلفة ؛
حقوق الصورة - ويكيبيديا

توصيل حراري:-

تنص الموصلية الحرارية على أن المعدل الذي تنتقل به الحرارة عبر مادة معينة يتناسب مع القيمة السلبية للتدرج الحراري. كما أنه يتناسب أيضًا مع المنطقة التي تتدفق من خلالها الحرارة ، ولكنه يتناسب عكسًا مع المسافة بين المستويين متساوي الحرارة.

فيما يلي صيغة الموصلية الحرارية ،

K = Qd / AΔT

أين،

K = الموصلية الحرارية والوحدة

س = كمية وحدة نقل الحرارة هي جول / ثانية أو واط

د = المسافة من مستويين للوحدة متساوي الحرارة هي  

أ = مساحة وحدة السطح بالمتر المربع

ΔT = وحدة فرق درجة الحرارة هي كلفن

الصورة - يمكن تعريف الموصلية الحرارية من حيث تدفق الحرارة q عبر اختلاف درجة الحرارة
حقوق الصورة - ويكيبيديا

اللزوجة الديناميكية للسائل: -

يمكن اشتقاق اللزوجة الديناميكية للسائل كنسبة بين إجهاد القص إلى إجهاد القص. وحدة اللزوجة الديناميكية للسائل هي باسكال. من خلال المساعدة الديناميكية ، يمكننا بسهولة فهم أي منتج وكمية وكيف يمكن للسائل أن يتدفق في حركة ، وذلك بمساعدة اللزوجة يمكننا التعرف على سلوك السائل.

فيما يلي صيغة اللزوجة الديناميكية للسائل ،

η = T / γ

أين،

η = اللزوجة الديناميكية للسائل

T = إجهاد القص

γ = معدل القص

الصورة - محاكاة لسوائل مختلفة اللزوجة. السائل الموجود على اليسار له لزوجة أقل من السائل الموجود على اليمين ؛
حقوق الصورة - ويكيبيديا

حرارة نوعية:-

يمكن اشتقاق الحرارة النوعية على النحو التالي ؛ كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من مادة بمقدار درجة مئوية واحدة. وحدات الحرارة النوعية مثل السعرات الحرارية أو الجول لكل جرام لكل درجة مئوية.

تُعرف الحرارة النوعية أيضًا بالسعة الحرارية الجماعية. كمثال ، الحرارة النوعية للماء هي 1 سعر حراري (أو 4.186 جول) لكل جرام لكل درجة مئوية.

فيما يلي صيغة الحرارة النوعية للسائل ،

س = mcΔ T.

أين،

س = الطاقة الحرارية

م = كتلة السائل

ج = سعة حرارية محددة

ΔT = تغير في درجة الحرارة

صورة - رسم بياني لدرجة حرارة مراحل تسخين الماء من -100 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية - يوضح مثال الخط المتقطع أن ذوبان وتسخين 1 كجم من الجليد عند -50 درجة مئوية إلى الماء عند 40 درجة مئوية يحتاج إلى 600 كيلو جول ؛
حقوق الصورة - ويكيبيديا

كيف تجد معامل انتقال الحرارة الحراري للهواء؟

الوحدات الشائعة المستخدمة لقياس معامل انتقال الحرارة الحراري للهواء مذكورة أدناه ،

  1. 1 واط / (م2K) = 0.85984 kcal / (hm20 ج) = 0.1761 وحدة حرارية بريطانية / (قدم2 ح 0 ف)
  2. 1 كيلو كالوري / (سم20 ج) = 1.163 واط / (م2K) = 0.205 وحدة حرارية بريطانية / (قدم2 ح 0 ف)
  3. وحدة حرارية بريطانية / ساعة - قدم2 -0 فهرنهايت = 5.678 واط / (م2K) = 4.882 kcal / (hm20 ج)

انتقال الحرارة القسري بالحمل عبر أنبوب:

عندما يتدفق السائل في أنبوب دائري في هذه الحالة ، يبقى رقم رينولد في النطاق بين 10,000 إلى 12,000 ويظل رقم Prandtl في النطاق بين 0.7 إلى 120.

يمكن كتابة معامل انتقال الحرارة بالحمل القسري في التدفق الداخلي والتدفق المضطرب على النحو التالي ،

hd / k = 0.023 (jd / μ)0.8 (μ جp/ك)n

أين،

د = القطر الهيدروليكي

μ = لزوجة السوائل

k = التوصيل الحراري للسائل الكتلي

cp = السعة الحرارية متساوية الضغط للمادة السائلة

j = التدفق الجماعي

n = 0.4 للجدار الأكثر سخونة من السائل السائب و 0.33 للجدار الأكثر برودة من السائل السائب

تحتاج خصائص المائع المتدفق للتطبيق في طريقة المعادلة ويمكن حسابها عند درجة حرارة الكتلة لهذا السبب يمكن تجنب التكرار.

تطبيق نقل الحرارة القسري بالحمل الحراري:

تطبيق النقل الحراري القسري للحمل مذكور أدناه ،

  1. إزالة الحرارة
  2. محاكاة بالوعة الحرارة
  3. التحسين الحراري
  4. دراسات الحساسية للحرارة
  5. محاكاة المروحة الكهربائية
  6. تبريد صندوق الكمبيوتر
  7. تصميم نظام التبريد
  8. تصميم نظام التدفئة
  9. وحدة مركزية مبردة بمروحة
  10. وحدة مركزية مبردة بالماء
  11. محاكاة لوحة الدوائر المطبوعة

أمثلة على نقل الحرارة بالحمل القسري:

أمثلة على انتقال الحرارة بالحمل القسري مذكورة أدناه ،

  1. نظام تكييف الهواء
  2. الفرن الحراري
  3. مضخة
  4. جهاز الشفط
  5. مروحة سقف
  6. منطاد
  7. ثلاجة
  8. مشعات السيارة

الفرق بين نقل الحرارة بالحمل الحر والقسري:

فيما يلي نقاط الاختلاف الرئيسية بين انتقال الحرارة بالحمل الحر والقسري ،

معاملنقل حراري حرارينقل الحرارة القسري
تعريفيظهر انتقال الحرارة بالحمل الحر لاختلاف الكثافة بين سائل درجة الحرارة الأعلى والسائل ذي درجة الحرارة المنخفضة.بمساعدة النقل الحراري القسري للحرارة ، يكون السائل هو انطباع للانتقال من منطقة إلى منطقة أخرى عن طريق تطبيق القوة من الجانب الخارجي
تطبيق1. مبادل حراري
2. شفرات التوربينات الغازية
3. سخان المياه بالطاقة الشمسية
4. النووية تصميم المفاعل
5. عزل مقصورة الطائرات
1. نظام تكييف الهواء
2. مضخة
3. جهاز شفط
4. مروحة سقف  
معدل نقل الحرارةمعدل نقل الحرارة لنقل الحرارة بالحمل الحر منخفضمعدل نقل الحرارة لنقل الحرارة بالحمل القسري مرتفع
المعدات الخارجيةلا حاجةحاجة
حركة الجسيماتبطيءتحرك أسرع
حجم المعداتحجم المعدات المستخدمة في نقل الحرارة بالحمل الحر أكبر.حجم المعدات المستخدمة في نقل الحرارة بالحمل القسري أصغر.
تدفق الجزيئاتغير خاضع للرقابةالتي تسيطر عليها
معامل انتقال الحرارةأقلمرتفع
حركة الجزيئاتبسبب اختلاف درجة الحرارة والكثافة ، عمل نقل الحرارة بالحمل الحر.بسبب القوة المبذولة ، يتم تطبيق عمل نقل الحرارة بالحمل القسري.

كيف يعمل النقل الحراري القسري؟

يعمل النقل الحراري بالحمل القسري عندما تواجه منطقة المادة الغازية أو المادة السائلة درجة حرارة أعلى أو درجة حرارة أقل مقارنةً بدرجة حرارة أعلى من درجة الحرارة المجاورة لها وتسبب اختلافًا بين درجة حرارة النظام ودرجة الحرارة المجاورة.

تتسبب فجوة درجة الحرارة في تحريك المساحات حيث ترتفع درجة الحرارة المرتفعة والمساحة الأقل كثافة ، وتغرق المساحة الأقل كثافة بدرجة الحرارة المنخفضة.

إندراني بانيرجي

مرحباً .. أنا إندراني بانيرجي. أكملت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. أنا شخص متحمس وأنا شخص إيجابي حول كل جانب من جوانب الحياة. أحب قراءة الكتب والاستماع إلى الموسيقى. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn-https: //www.linkedin.com/in/indrani-banerjee-2487b4214

آخر المقالات