ヌセルト数計算機

ヌセルト数は、流体層を通した純粋な熱伝導に対する対流伝熱の大きさを表す無次元数です。対流熱伝達率に代表長さを掛け、流体の熱伝導率で割って求めます。一に近い値は選択した長さスケールで熱伝導が支配的であることを、大きい値は流体運動がエネルギー輸送を促進していることを示します。熱交換器、管内流れ、電子機器冷却、建築設備、プロセス機器、空力加熱解析などで重要な指標です。 代表長さは形状と使用する相関式によって異なります。管内流れでは一般に水力直径を使います。平板上の外部流れでは、前縁からの距離または板全体の長さを使う場合があります。円柱、球、フィン、不規則な流路にはそれぞれの定義があります。ヌセルト数、レイノルズ数、経験相関式で同じ長さの定義を使わないと、数値上はもっともらしくても異なる物理問題の結果になることがあります。 レイノルズ数は慣性効果と粘性効果を比較します。この計算機では密度、速度、代表長さの積を粘度で割って求めます。低いレイノルズ数は通常、整った層流に対応し、高い値は遷移や乱流を促します。ただし、具体的なしきい値は形状、外乱、境界条件に依存します。乱流は一般に混合を強め、対流伝熱を増加させます。 プラントル数は運動量拡散率と熱拡散率を比較します。粘度を用いる場合、比熱容量と粘度の積を熱伝導率で割った値です。液体金属は熱が速く拡散するため、プラントル数が非常に小さくなります。気体では一般に 0.7 付近ですが、油でははるかに大きくなることがあります。プラントル数は速度境界層と温度境界層の相対的な厚さに影響し、多くの対流相関式に含まれます。 設計では通常、まず形状、流れ、物性が与えられ、レイノルズ数とプラントル数を計算した後、経験相関式でヌセルト数を予測します。最後にヌセルト数に熱伝導率を掛けて長さで割り、熱伝達率を求めます。この計算機では逆に熱伝達率を入力として受け取り、直接評価や整合性確認を行いながら、関連する流れの無次元数も表示します。 流体物性は温度によって変わり、圧力にも依存する場合があります。選択した相関式で指定された温度、通常はバルク温度や表面と流体の平均的な膜温度で評価してください。入力には整合したSI単位を使用します。この計算機は対流相関式を選ばず、助走区間の影響、粗さ、浮力、放射、相変化、物性変化、非ニュートン挙動も考慮しません。無次元数の結果を使い、形状と流動領域に適した相関式を選定・確認してください。安全性や性能が重要な場合は、予測を実験値やメーカー資料と比較してください。