Calculateur du nombre de Nusselt

Le nombre de Nusselt mesure, sans dimension, le transfert thermique par convection par rapport à la conduction pure à travers une couche de fluide. Il vaut le coefficient de transfert convectif multiplié par une longueur caractéristique, puis divisé par la conductivité thermique du fluide. Une valeur proche de un indique une conduction dominante à l'échelle choisie, tandis qu'une valeur plus élevée indique que le mouvement du fluide renforce le transport d'énergie. Ce nombre est essentiel pour les échangeurs, les écoulements en conduite, le refroidissement électronique, les bâtiments, les équipements de procédé et l'analyse thermique aérodynamique. La longueur caractéristique dépend de la géométrie et de la corrélation utilisée. Pour un écoulement interne en conduite, il s'agit souvent du diamètre hydraulique. Pour un écoulement externe sur une plaque plane, ce peut être la distance au bord d'attaque ou la longueur totale de la plaque. Les cylindres, sphères, ailettes et passages irréguliers ont leurs propres définitions. Il faut conserver la même convention de longueur pour Nusselt, Reynolds et les corrélations empiriques ; sinon, un résultat numériquement plausible peut correspondre au mauvais problème physique. Le nombre de Reynolds compare les effets inertiels et visqueux. Ce calculateur multiplie la masse volumique, la vitesse et la longueur caractéristique, puis divise par la viscosité dynamique. Un faible Reynolds correspond souvent à un écoulement laminaire ordonné ; des valeurs élevées favorisent la transition et la turbulence, mais les seuils dépendent de la géométrie, des perturbations et des conditions aux limites. La turbulence augmente généralement le mélange et donc le transfert thermique convectif. Le nombre de Prandtl compare la diffusivité de quantité de mouvement à la diffusivité thermique. Avec les propriétés dynamiques, il vaut la capacité thermique massique multipliée par la viscosité dynamique, divisée par la conductivité thermique. Les métaux liquides ont de très faibles Prandtl car la chaleur s'y diffuse rapidement. Les gaz sont souvent proches de 0.7, tandis que les huiles peuvent présenter des valeurs bien plus élevées. Prandtl détermine les épaisseurs relatives des couches limites de vitesse et de température et intervient dans la plupart des corrélations de convection. En conception, les ingénieurs connaissent souvent d'abord la géométrie, l'écoulement et les propriétés, puis calculent Reynolds et Prandtl et utilisent une corrélation empirique pour prédire Nusselt. Ils retrouvent ensuite le coefficient de transfert en multipliant Nusselt par la conductivité et en divisant par la longueur. Ce calculateur reçoit au contraire le coefficient en entrée, ce qui permet une évaluation directe et des contrôles de cohérence tout en affichant les nombres liés à l'écoulement. Les propriétés du fluide varient avec la température et parfois la pression. Évaluez-les à la température prescrite par la corrélation choisie, souvent la température moyenne du fluide ou une température de film moyenne entre la surface et le fluide. Toutes les entrées doivent utiliser des unités SI cohérentes. Le calculateur ne choisit pas de corrélation et ne tient pas compte des effets d'entrée, de la rugosité, de la flottabilité, du rayonnement, des changements de phase, des variations de propriétés ni des comportements non newtoniens. Utilisez ses résultats adimensionnels pour choisir et valider une corrélation adaptée à la géométrie et au régime, puis comparez les prévisions aux données expérimentales ou du fabricant si la sécurité ou les performances sont critiques.