対流熱伝達係数

概要

対流熱伝達は、固体表面と流動する流体（液体または気体）の間の熱交換プロセスです。この伝達の速度はニュートンの冷却法則によって支配され、流体の特性、流れの状態（層流または乱流）、表面の形状、および流速の影響を受けます。

主要な数式

ニュートンの冷却法則は総熱伝達率を計算します。

対流係数 (h) は、ヌセルト数 (Nu)、レイノルズ数 (Re)、プラントル数 (Pr) などの無次元数を含む経験的相関からしばしば決定されます。平板上の強制対流の一般的な形は次のとおりです：

$Nu = C \cdot Re^m \cdot Pr^n$

ここで、h = (Nu * k) / L であり、k は流体の熱伝導率、L は特性長さです。

変数

典型的な対流係数

hの値は非常に大きく変動します。初期設計のための概算の推定としてこれらを使用してください。

強制対流と自然対流

強制対流は、ポンプ、ファン、またはミキサーなどの外部力によって流体の流れが誘導されるときに発生します。自然対流または自由対流は、流体の温度変動による密度差によって生じる浮力によって引き起こされます。対流による単位表面積当たりの熱伝達は、ニュートンによって初めて記述され、その関係はニュートンの冷却の法則として知られています。

例 - 対流熱伝達

表面積60 m2の外壁、対流係数8 W/(m2 K)、壁表面と周囲空気の間の温度差12 Kの場合：

$Q = h A \Delta T = 8 \times 60 \times 12 = 5760 \text{ W}$

したがって、熱伝達率は、暖かい表面から冷たい空気へ5.76 kWです。同じ関係は、代表的な対流係数が知られている場合、冷却コイル、加熱プレート、プロセス容器、およびパイプ表面に適用されます。

単位変換器

空気流熱伝達係数チャート

空気流について、ソースページは経験的な近似式を提供します：

$h_{c,W} = 1.16(10.45 - v + 10v^{1/2})$

ここで、$v$ は物体表面と空気の間の相対速度をm/sで表したものです。この式は経験的なものであり、速度が2から20 m/sの範囲に近似的に適用されます。

対流熱伝達係数チャート

元の convective_heat_transfer_chart.png 画像は、下記にインタラクティブデータとして表されます。ソースグラフがレンジチャートであるため、各プロセスは下限と上限の係数範囲でプロットされます。

復元された元のソーステーブル

以下のテーブルは、完全な参照データを保持するために元のソースページから復元されています。キャッシュされたソースページには工学的な行のない共有検索/レイアウトテーブルが含まれています。実質的な対流データは、上記の係数DataTableおよびインタラクティブチャートに保持されています。

元のソース画像

以下の元のソース画像は、視覚的な参照資料を失わないように保持されています。画像にチャートや表データが含まれている場合、その抽出値はページテーブル、計算機、またはインタラクティブチャートに表されます。残りの画像は視覚的なソース参照として保持されます。

工学ノート

• ニュートンの冷却法則は定義です、予測法則ではありません。任意の分析の複雑な部分は、適切な h の値を決定することです。
• 流れのレジームは重要です。 乱流は層流よりもはるかに高い h 値を一般に生じさせます。
• 流体特性（密度、粘性、比熱、伝導率）は温度依存です。 相関関係は、表面温度と自由流温度の平均である膜温度で評価された特性をよく使用します。
• 表面粗さ、向き、境界層の発達は性能に大きく影響します。
• 相変化（沸騰、凝縮）は熱伝達係数を劇的に増加させ、専門的な相関関係を必要とします。

参考文献

• 元のソース：熱伝達 - 対流