Lämmönsiirtokerroin on fysiikan ja termodynamiikan käsite, joka kertoo kuinka ja kuinka helposti lämpöenergia siirtyy materiaalista toiseen. Monissa tapauksissa lämpö siirtyy helpoimmin, kun kohteena olevat materiaalit siirtyvät kiintoaineista nesteisiin kaasuihin; lämpö voi myös siirtyä nesteestä kaasuun tai päinvastoin, kuten viileä ilma lämpimän järven yläpuolella. Lämpö virtaa aina kuumasta kylmään aineille, jotka ovat suoraan kosketuksissa, ja siirtokerroin on yksi tapa ilmaista tämä muutos konkreettisesti ja matemaattisesti. Se on tärkeä konsepti valmistajille ja rakentajille monilla aloilla. Se auttaa insinöörejä suunnittelemaan esimerkiksi parempia keittoastioita ja tekee koneista ja muista asioista kuten autojen polttomoottoreista turvallisempia. sitä käytetään myös tehostamaan kotien ja toimistojen eristystä. Kertoimen perusteiden määrittäminen on yleensä melko yksinkertaista, mutta sen ydinkaavan toiminta ja soveltaminen muuttuviin termodynaamisiin skenaarioihin voi olla hieman monimutkaista.
Laskennan perusteet
Määrällisesti kerroin on kahden kosketuksissa olevan materiaalin funktio; kunkin lämpötila, joka määrää käyttövoiman; ja tekijät, jotka tehostavat tai vähentävät lämmönsiirtoa, kuten konvektio tai pinnan likaantuminen. Vakiolaskentamalli ilmoitetaan tyypillisesti muodossa h = q / ∆t, jossa “h” on kokonaislämmönsiirtokerroin, “q” on siirretyn lämmön määrä pinta -alayksikköä kohti ja “”t” on lämpötilan ero viereiset pinnat tai kyseiset pinnat.
On myös yhtälöitä, jotka määrittävät siirrettävän lämmön määrän pinta -alayksikköä kohti, kahden vierekkäisen materiaalin lämpötila -astetta kohti ja ajanjakson aikana, mikä voi auttaa vaikuttamaan peruskaavaan. Teollisuuslaitteiden, kuten lämmittimien ja lämmönvaihtimien, mitoituslaskelmat ratkaisevat yleensä tunnissa siirrettävän lämmön, koska laitoksen tuotantokapasiteetti määritetään yleensä tunneittain.
Yleisten kertoimien ymmärtäminen
Kokonaislämmönsiirtokerroin, jota käytetään usein lämmönvaihdinyhtälöissä, vaatisi useita tekijöitä. Esimerkiksi höyrykoneen skenaariossa kaikki tyydyttynyt höyry tietyssä lämpötilassa, höyryn ja putken rajapinta, johtavuus putken seinämän läpi, rajapinta putkien sisällä olevaan nesteeseen, kuten öljy, ja tulevan öljyn lämpötila tarvitsisivat kaikki harkittavaksi. Näistä tekijöistä saadut tiedot voivat auttaa määrittämään, kuinka suuri lämmönvaihdin tarvittaisiin ja mikä suunnittelu- ja materiaalistrategia toimisi parhaiten.
Merkitys valmistuksessa
Nämä kertoimet otetaan aina huomioon suunniteltaessa laitteita, jotka on erityisesti tarkoitettu lämmön siirtämiseen tai lämmön siirtämiseen. Keittoastiat, jäähdytysrivat moottoripyörän moottorissa, lusikallisen liian kuuman keiton puhaltaminen tai yksi henkilö, joka lämmittää toisen kylmiä käsiä, ovat kaikki esimerkkejä lämmönsiirtokertoimen parantamisesta. Suurin yksittäinen tekijä parempien siirtokertoimien osalta, kun otetaan huomioon materiaalirajoitukset, on komponenttien nestefaasin nopea liike. Ilman puhallus jäähdyttimen läpi, turbulenttisen virtauksen käynnistäminen lämmönvaihtimessa tai nopeasti liikkuva ilma konvektiouunissa saa aikaan paljon suuremmat siirtokerroimet kuin pysäytysolosuhteet. Tämä johtuu siitä, että enemmän molekyylejä lämmön absorboimiseksi esitetään kuumalle pinnalle lyhyemmässä ajassa.
Rooli eristyksessä ja rakentamisessa yleisemmin
Toisaalta erittäin tehokkaan eristyksen etsinnässä otetaan huomioon myös kunkin rajapinnan laskettu lämmönsiirto. Eristys on tärkeää kaikenlaisille asioille, mukaan lukien jääkaapit ja pakastimet, piknik -jäähdyttimet, talvivaatteet ja energiatehokkaat kodit. Kuolleet ilmatilat, vaahtomuodot ja heikosti johtavat materiaalit auttavat eristämään.