Co je Nusseltovo číslo?

Nusseltovo číslo je výsledkem porovnání poměru pro přenos tepla mezi dvěma tekutinami, kde je přenos konvekčního tepla dělen tepelnou vodivostí materiálu v klidu. Jedná se o jednotkové číslo, které v podstatě poskytuje srovnávací rychlost pro to, jak rychle se teplo přenáší mezi materiály, kde dochází ke konvekci, nebo tok plynu nebo kapaliny, ve srovnání se základním přenosem tepla vedením, kde je malý vnitřní pohyb hmoty dochází. Ačkoli je Nusseltovo číslo často používáno k měření přenosu tepla v tekutinách, může být také použito k porovnání rychlosti přenosu tepla z vodivosti mezi pevné látky proudem plynu. Základem pro srovnání přenosu tepla v materiálech byl německý strojní inženýr Ernst Wilhelm Nusselt, který na začátku 20. století učil v Drážďanech. Jeho průkopnická práce v mechanice tekutin v té době vedla k tomu, že po něm bylo pojmenováno Nusseltovo číslo.

Typická konvekční Nusseltova rovnice je Nu = hL / λ. Nu představuje Nusseltovo číslo, h je koeficient přenosu tepla, který lze měřit ve wattech na metr čtvereční krát teplota Kelvin (W / m ² K). L se rovná délce mezní vrstvy v metrech materiálu, kde se přenáší teplo, a lambda (A) představuje stanovenou tepelnou vodivost materiálu ve wattech na metr Kelvin nebo W / mK. Měření tepla Nusseltova čísla je měření pouze přes hranice povrchu a přímo souvisí s Newtonovým zákonem chlazení, z něhož lze také odvodit číslo.

Když se Nusseltova korelace blíží hodnotě jedné, znamená to typ toku přenosu tepla známý jako laminární proudění nebo proud slimáka, což naznačuje, že dochází jen k velmi malému pohybu tekutiny a je důležitá vodivá ztráta tepla. Jak se průtoky zvyšují, jsou popisovány jako turbulentní a často mohou mít za následek hodnoty Nusseltova čísla v rozmezí od 100 do 1 000. Jakákoli hodnota pro Nusseltovo číslo mezi 100 a 1 000 svědčí o tom, že dominantní forma přenosu tepla je konvekcí a vedení hraje pouze malou roli. Taková čísla jsou důležitými hodnotami, které je třeba znát v různých aspektech inženýrství, kde přenos tepla může být žádoucí nebo nežádoucí vlastností. Vysoká rychlost přenosu Nusseltovým válcem je považována za turbulentní a účinnou metodu přenosu tepla, jako například v proudění tekutin potrubím, kde při ztrátě malé tepelné energie v materiálu vede vedení do vnějšího prostředí.