Калькулятор числа Нуссельта

Число Нуссельта — безразмерная мера конвективного теплообмена по отношению к чистой теплопроводности через слой текучей среды. Оно равно коэффициенту конвективной теплоотдачи, умноженному на характерный размер и делённому на теплопроводность среды. Значение около единицы указывает на преобладание теплопроводности на выбранном масштабе длины, а более высокое значение — на усиление переноса энергии движением среды. Этот критерий важен для теплообменников, течения в трубах, охлаждения электроники, инженерных систем зданий, технологического оборудования и аэродинамического теплового анализа. Характерный размер зависит от геометрии и используемой зависимости. Для внутреннего течения в трубе это обычно гидравлический диаметр. Для внешнего обтекания плоской пластины — расстояние от передней кромки или полная длина пластины. Для цилиндров, сфер, рёбер и каналов неправильной формы действуют свои определения. В числах Нуссельта, Рейнольдса и эмпирической зависимости нужно использовать одно определение длины; иначе численно правдоподобный результат может описывать другую физическую задачу. Число Рейнольдса сравнивает инерционные и вязкие эффекты. Калькулятор умножает плотность на скорость и характерный размер, затем делит на динамическую вязкость. Низкое число Рейнольдса часто соответствует упорядоченному ламинарному течению, высокое способствует переходу и турбулентности, но точные пороги зависят от геометрии, возмущений и граничных условий. Турбулентность обычно усиливает перемешивание и тем самым конвективную теплоотдачу. Число Прандтля сравнивает диффузию импульса с температуропроводностью. Через динамические свойства оно выражается как удельная теплоёмкость, умноженная на динамическую вязкость и делённая на теплопроводность. Жидкие металлы имеют очень малое число Прандтля, поскольку тепло распространяется быстро. Для газов оно часто близко к 0.7, а у масел может быть намного выше. Число Прандтля влияет на относительные толщины скоростного и теплового пограничных слоёв и входит в большинство зависимостей конвекции. При проектировании обычно сначала известны геометрия, течение и свойства. По ним рассчитывают числа Рейнольдса и Прандтля, затем по эмпирической зависимости прогнозируют число Нуссельта. В конце коэффициент теплоотдачи получают, умножая число Нуссельта на теплопроводность и деля на длину. Этот калькулятор, напротив, принимает коэффициент на входе, позволяя прямо вычислить критерии и проверить согласованность, одновременно выводя связанные характеристики течения. Свойства среды меняются с температурой, а иногда и с давлением. Определяйте их при температуре, заданной выбранной зависимостью: часто это средняя температура потока или плёночная температура между поверхностью и средой. Все входные данные должны быть в согласованных единицах СИ. Калькулятор не выбирает зависимость конвекции и не учитывает входные эффекты, шероховатость, плавучесть, излучение, фазовые переходы, изменение свойств и неньютоновское поведение. Используйте безразмерные результаты для выбора и проверки зависимости, подходящей геометрии и режиму, а в критичных по безопасности или эффективности задачах сравнивайте прогнозы с экспериментальными данными или данными изготовителя.