Коефициент на топлопредаване

Под топлопредаване се разбира конвективният пренос на топлина от флуид (газ или течност) към твърдо тяло, най-често стена, или обратно, преносът от стена към флуид. Скоростта на този пренос се описва чрез коефициента на топлопредаване, означаван в българската, немската, руската и др. литература най-често като α. В английската литература се използва означението h (heat transfer coefficient). Топлинният поток при топлопредаване се определя със следното уравнение:

${\dot {Q}}=\alpha \cdot A\cdot (T_{s}-T_{f})$

• $A$: топлообменната повърхност, $m^{2}$.
• $T_{s}$: температура на стената/твърдото тяло, $K$
• $T_{f}$: температура на флуида, $K$
• ${\dot {Q}}$: топлинен поток, $W$

Коефициентът на топлопредаване α е дефиниран като

$\alpha ={\frac {\dot {Q}}{A\cdot (T_{s}-T_{f})}}$

и има измерение ${\frac {\mathrm {W} }{\mathrm {m^{2}\cdot K} }}={\frac {\mathrm {kg} }{\mathrm {s^{3}\cdot K} }}$.

Реципрочната му стойност се нарича термично съпротивление при топлопредаване:

$r={\frac {1}{\alpha }}$.

Коефициентът на топлопредаване се изчислява често с помощтта на критерия на Нуселт Nu чрез уравнения от вида

$Nu=f(Re,Gr,Pr);\ \ \ \ \rightarrow \alpha ={\frac {\lambda }{L}}\cdot {Nu}$

• Re : Критерий на Рейнолдс (предимно при принудена конвекция)
• Gr : Критерий на Грасхоф (предимно при естествена конвекция)
• Pr : Критерий на Прантъл
• λ  : Коефициент на топлопроводност на флуида
• L  : характерен размер (диаметър на тръбата, височина на стената и др.)

В литературата се срещат уравнения за Nu за типични случаи като: топлопредаване към вертикална стена, към хоризонтална стена, топлопредаване в тръба, обтичане на цилиндрично или сферично тяло, обтичане на сноп тръби, неподвижен слой от насипани частици и др. Коефициентът на топлопредаване нараства със скоростта на движение на флуида. Това е от значение при интензифицирането на топлообменници или при определянето на топлинни загуби в сгради, тръбопроводи и др. Типични стойности на коефициента на топлопредаване (W/m2*K) са:

• Газове, естествена конвекция - 5-25
• Газове, принудена конвекция - 12-120
• Вода, естествена конвекция - 70-700
• Вода, принудена конвекция - 600-12000
• Вискозни течности, принудена нонвекция - 60-600
• Кипяща вода - 2000-12000
• Кондензиращи водни пари - 4000-45000

Вижте също

• Топлообмен
• Кондензатор (топлообменник)
• Коефициент на топлопреминаване