Kaj je Nusselt številka?

Nusseltovo število je produkt primerjave razmerja za prenos toplote med dvema tekočinama, kjer je konvekcijski prenos toplote deljen s toplotno prevodnostjo materiala v mirovanju. To je število brez enote, ki v bistvu zagotavlja primerjalno stopnjo za to, kako hitro se toplota prenaša med materiali, kjer poteka konvekcija, ali tok plina ali tekočine, v primerjavi z osnovnim prenosom toplote s prevodnostjo, kjer je malo notranjega gibanja snovi. se dogaja. Čeprav se Nusseltovo število pogosto uporablja za merjenje prenosa toplote v tekočinah, se lahko uporablja tudi za primerjavo konvekcije s prevodnostjo toplotnega prenosa med trdnimi snovmi s pretokom plina. Osnovo za primerjavo prenosa toplote v materialih je postavil Ernst Wilhelm Nusselt, nemški strojni inženir, ki je poučeval v Dresdnu v začetku 20. stoletja. Njegovo pionirsko delo v mehaniki tekočin v tistem času je povzročilo, da je bila Nusseltova številka poimenovana po njem.

Tipična enačba konvekcijske Nusseltove številke je Nu = hL/λ. Nu predstavlja Nusseltovo število, h je koeficient toplotnega prehoda, ki ga je mogoče izmeriti v vatih na kvadratni meter, pomnoženi s temperaturo Kelvina (W/m2K). L je enaka dolžini mejne plasti v metrih materiala, kjer se toplota prenaša, lambda (λ) pa predstavlja ugotovljeno toplotno prevodnost materiala v vatih na meter Kelvina ali W/mK. Merjenje Nusseltovega števila toplote je meritev samo preko površinskih meja in je neposredno povezano z Newtonovim zakonom o hlajenju, iz katerega je mogoče tudi izpeljati število.

Ko je Nusseltova korelacija blizu vrednosti ena, to kaže na vrsto toka prenosa toplote, znanega kot laminarni tok ali tok polža, kar kaže, da se tekočina giblje zelo malo in je pomembna prevodna izguba toplote. Ko se pretok povečuje, so opisani kot turbulentni in lahko pogosto povzročijo vrednosti Nusseltovih številk, ki segajo od 100 do 1,000. Vsaka vrednost za Nusseltovo število med 100 in 1,000 kaže na dejstvo, da je prevladujoča oblika prenosa toplote s konvekcijo, prevodnost pa ima le manjšo vlogo. Takšne številke so pomembne vrednosti, ki jih je treba poznati v različnih vidikih inženiringa, kjer je prenos toplote lahko zaželena ali nezaželena lastnost. Hitrost prenosa cilindra z visokim Nusseltovim številom se šteje za turbulentno in učinkovito metodo prenosa toplote, na primer pri pretoku tekočine skozi cevi, kjer se malo toplotne energije v materialu izgubi zaradi prevodnosti v zunanje okolje.