معدل التدفق الشامل ونقل الحرارة: التأثير ، العلاقة ، أمثلة المشكلة


معدل تدفق الكتلة وتحليل انتقال الحرارة المستخدم في العديد من مشاكل نقل الحرارة.

معدل تدفق الكتلة أو معدل تدفق الحجم يغير انتقال الحرارة بالعلاقة المباشرة. في نقل الحرارة بالحمل الحراري ، يلعب معدل التدفق الكتلي دورًا حيويًا.

يعد تعزيز نقل الحرارة بالحمل مناسبًا عن طريق زيادة معدل تدفق الكتلة أو معدل تدفق الحجم للنظام. معدل تدفق الكتلة هو دالة للكثافة والسرعة ومنطقة المقطع العرضي التي يمر بها السائل.

م ° = ρ أ ت

أين،

معدل التدفق الشامل ونقل الحرارة
معدل التدفق الشامل
الصورة الائتمان ويكيبيديا
  • ρ = كثافة السائل بالكيلو جرام / م3
  • أ = مساحة المقطع العرضي بالمتر2
  • v = سرعة السائل م / ث

علاقة معدل التدفق الشامل ويتم التعبير عن معدل نقل الحرارة على النحو التالي ،

ΔQ = م ° Cp ΔT

أين،

  • ΔQ = معدل انتقال الحرارة (كيلوواط)
  • م ° = معدل التدفق الشامل (كجم / ث أو LPM)
  • ΔT = فرق درجة الحرارة بوحدة كلفن

كيف يؤثر معدل التدفق الكتلي على انتقال الحرارة؟

يوفر نقل الحرارة يعتمد على العديد من العوامل مثل اختلاف درجة الحرارة والسرعة وما إلى ذلك.

نقل الحرارة معدل ΔQ يتناسب مع معدل تدفق الكتلة م ° في علاقة مباشرة. وهذا يعني زيادة انتقال الحرارة مع زيادة معدل التدفق الشامل

معدل تدفق الكتلة م ° أو معدل تدفق الحجم V ° هو الكتلة الفعلية (م) أو الحجم (ت) المتداولة عبر النظام لكل وحدة زمنية. يُعطى بالكيلو جرام / ثانية أو LPM (لتر لكل دقيقة).

معادلة انتقال الحرارة بالعلاقة مع معدل التدفق الكتلي هي ،

ΔQ = م ° Cp ΔT

أين،

  • ΔQ = معدل انتقال الحرارة (كيلوواط)
  • م ° = معدل التدفق الشامل (كجم / ث أو LPM)
  • ΔT = فرق درجة الحرارة بوحدة كلفن
  • Cp = حرارة محددة عند ضغط ثابت (kJ / kg · K)

هذه المعادلة أولية في الديناميكا الحرارية لحساب انتقال الحرارة.

يمكن تحسين نقل الحرارة عن طريق زيادة معدل تدفق الكتلة للنظام.

مثلا :

افترض أن المبرد يدور من خلال المبخر والمكثف بمعدل تدفق كتلة محدد X.

الآن ، يتم زيادة متطلبات التبريد. إذا وضعنا الثلاجة على أقصى تقدير ، فسوف يزداد معدل تدفق كتلة المبرد. يمكن أن يؤدي التغيير في معدل تدفق الكتلة م ° إلى تحسين أداء نقل الحرارة للنظام.

في أي مبادل حراري، يمكن تعزيز نقل الحرارة عن طريق زيادة معدل تدفق الكتلة لسائل التبريد أو سائل العمل.

كيفية حساب تدفق الكتلة من الحرارة?

يتم حساب معدل تدفق الكتلة من معادلة انتقال الحرارة

يمكن حساب معدل تدفق الكتلة بواسطة معادلة نقل الحرارة ΔQ = m ° Cp ΔT. يتم قياسه أيضًا باستخدام أداة قياس التدفق.

إذا كانت لدينا قيم معدل نقل الحرارة (kW) ، والحرارة النوعية عند ضغط ثابت (kJ / kg K) وفرق درجة الحرارة في K.

يتم قياس معدل تدفق الكتلة بشكل عام بدلاً من الحساب من الحرارة. يتم قياسه بأدوات قياس التدفق مثل مقياس الدوران ، ومقياس كوريوليس ، ومقياس الفتحة ، ومقياس التهوية ، إلخ.

يوفر معدل التدفق الشامل لها علاقة خطية بالسرعة. إذا قمنا بتغيير سرعة مائع العمل ، سيتغير معدل تدفق الكتلة.

الاختلاف من معدل التدفق الشامل هناك حاجة عندما لا يمكننا تغيير المعلمة الأخرى مثل اختلاف درجة الحرارة أو الحرارة النوعية. يستخدم الماء كعمل معياري السوائل في معظم أنظمة نقل الحرارة.

م ° = ΔQ / Cp ΔT

يتم قياس أو حساب معدل تدفق الكتلة للنظام عندما يبدأ النظام العمل بتدفق ثابت.

معدل التدفق الشامل ومعامل انتقال الحرارة

معامل انتقال الحرارة (ح) هو دالة للحرارة الحملية.

يتم زيادة معامل نقل الحرارة مع زيادة سرعة مائع العمل. ال معدل التدفق الشامل له علاقة مباشرة مع السرعة.

وفقًا لقانون التبريد لنيوتن ، فإن نقل الحرارة بالحمل ΔQ يتناسب مع معامل انتقال الحرارة في العلاقة المباشرة.

ΔQ = ح أ ΔT

أين،

  • ح = معامل انتقال الحرارة في W / م2 K
  • أ = مساحة المقطع العرضي بالمتر2
  • ΔT = فرق درجة الحرارة بين الجانب الساخن والجانب البارد في K (كلفن)
  • ΔQ = معدل انتقال الحرارة بالحمل بالكيلوواط

يتم التعبير عن رقم نسلت على أنه انتقال الحرارة مع تقسيم الحمل الحراري عن طريق نقل الحرارة مع التوصيل

نو = hl / k

أين

  • ح = معامل انتقال الحرارة W / م2 K
  • l = الطول الفعال لنقل الحرارة بالمتر
  • ك = الموصلية الحرارية (ث / م ك)

يُعطى انتقال الحرارة بالحمل عمومًا برقم نسلت. رقم نسلت معادل أيضًا في دالة رقم رينولدز Re ورقم Prandtl Pr.

رقم رينولد هو دالة السرعة. الكتلة معدل التدفق النظام هو وظيفة سرعة السائل.

لذلك ، هناك تباين خطي م ° ومعامل نقل الحرارة (ح).

معامل انتقال الحرارة الكلي ومعدل تدفق الكتلة

تمتلك الطبقات المختلفة لنظام نقل الحرارة مقاومة حرارية.

يعتمد انتقال الحرارة الكلي على هندسة النظام والمقاومة الحرارية المختلفة.

التدوين الكلي لمعامل انتقال الحرارة هو عامل U. معدل نقل الحرارة ΔQ يتناسب مع معامل انتقال الحرارة الكلي في العلاقة المباشرة.

ΔQ = UA ΔT

هذا هو انتقال الحرارة غير المستقر. يمكن صياغة معامل انتقال الحرارة الكلي على أنه كيفية تبادل الحرارة بشكل أفضل من خلال المقاومة الحرارية. هناك ثلاثة (3) أوضاع على النحو التالي.

  • التوصيل
  • الحمل الحراري
  • إشعاع
معدل التدفق الشامل ونقل الحرارة
طرق انتقال الحرارة
الصورة الائتمان ويكيبيديا

نقل الحرارة من خلال الجدار هو التوصيل. التبادل الحراري بين سطح الجسم والهواء المحيط به هو نوع نقل الحرارة بالحمل الحراري. انتقال الحرارة من سطح الجدار إلى الغلاف الجوي أو أي جسم آخر من خلال الموجات الكهرومغناطيسية هو انتقال حرارة الإشعاع.

يعتبر معدل نقل الحرارة الكلي أساسًا لدراسة الأشكال الهندسية المختلفة لنقل الحرارة. إنه يضاف إلى معامل نقل الحرارة بالتوصيل ومعامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري (ح). إنه المجموع الكلي لمعدل نقل الحرارة الفردي.

من المفيد تحديد مشكلة نقل الحرارة الفردي وتعديل النظام. إذا كان معدل التدفق مرتفعًا ، فإن السرعة تولد دوامات أعلى في النظام. الدوامات العليا مسؤولة عن تعزيز نقل الحرارة.

هل يزداد انتقال الحرارة مع معدل التدفق؟

هذه الأنماط الثلاثة لنقل الحرارة عبر الجسم

معدل نقل الحرارة ΔQ يختلف خطيًا مع معدل التدفق. يمكن أن يكون معدل التدفق إما معدل تدفق الكتلة (م °) أو معدل تدفق الحجم (م °). يزداد انتقال الحرارة دائمًا مع زيادة معدل التدفق.

انتقال الحرارة له علاقة مباشرة مع معدل التدفق. لذلك يتم زيادة أو نقصان التغيير المقابل في معدل التدفق.

ديباكومار جاني

أنا ديباك كومار جاني ، أسعى للحصول على درجة الدكتوراه في الطاقة الميكانيكية المتجددة. لدي خمس سنوات من التدريس وخبرة بحثية لمدة عامين. مجال اهتمامي هو الهندسة الحرارية وهندسة السيارات والقياس الميكانيكي والرسم الهندسي وميكانيكا الموائع وما إلى ذلك. لقد قدمت براءة اختراع بشأن "تهجين الطاقة الخضراء لإنتاج الطاقة". لقد نشرت 17 ورقة بحثية وكتابين. يسعدني أن أكون جزءًا من Lambdageeks وأود أن أقدم بعض خبرتي بطريقة مبسطة مع القراء. بصرف النظر عن الأكاديميين والبحث ، أحب التجول في الطبيعة والتقاط الطبيعة وخلق الوعي بالطبيعة بين الناس. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/jani-deepak-b0558748/. يرجى الرجوع أيضًا إلى قناة You-tube الخاصة بي بخصوص "دعوة من الطبيعة"

آخر المقالات