Wat is een warmteoverdrachtscoëfficiënt?
De warmteoverdrachtscoëfficiënt bepaalt het gemak waarmee warmte van het ene materiaal naar het andere gaat, meestal van een vaste stof naar een vloeistof of gas, of van een vloeistof of gas naar een vaste stof. Warmte kan ook overgaan van een vloeistof naar een gas of omgekeerd, zoals het geval is bij koele lucht boven een warm meer. Warmte zal altijd stromen van warm naar koud voor materialen die in direct contact staan.
Warmteoverdrachtscoëfficiënten worden altijd in overweging genomen bij het ontwerpen van apparatuur die specifiek bedoeld is om warmte over te dragen - of om geen warmte over te dragen. Kookpotten, koelvinnen op een motorfiets, blazen op een lepel te hete soep, of een persoon die de koude handen van een ander opwarmt, zijn allemaal voorbeelden van het verbeteren van de warmteoverdrachtscoëfficiënt. De grootste bijdrage aan betere warmteoverdrachtscoëfficiënten, gegeven de materiaalbeperkingen, is een snelle beweging van de vloeibare fase van de componenten. Lucht door een radiator blazen, turbulente stroming in een warmtewisselaar opwekken, of snel bewegende lucht in een heteluchtoven effect veel hogere warmteoverdrachtscoëfficiënten dan stilstaande omstandigheden. Dit komt omdat meer moleculen om warmte te absorberen in kortere tijd aan het hete oppervlak worden gepresenteerd.
Anderzijds houdt de zoektocht naar zeer effectieve isolatie ook rekening met de warmteoverdrachtscoëfficiënt van elk van zijn interfaces. Isolatie is belangrijk voor koelkasten en diepvriezers, picknickkoelers, winterkleding en energiezuinige huizen. Dode luchtruimtes, lege ruimtes in schuim en materialen met een lage geleidbaarheid helpen allemaal isolatie te bieden.
Kwantitatief is de warmteoverdrachtscoëfficiënt een functie van de twee materialen in contact; de temperatuur van elk, die de drijvende kracht bepaalt; en factoren die de warmteoverdracht verbeteren of afzwakken, zoals respectievelijk convectie of vervuiling van het oppervlak. De vergelijkingen bepalen de hoeveelheid warmte die wordt overgedragen per oppervlakte-eenheid, per temperatuurverschil tussen de twee aangrenzende materialen en per tijdsperiode. Berekeningen voor het dimensioneren van industriële apparatuur, zoals verwarmingstoestellen en warmtewisselaars, lossen meestal op voor warmte die per uur wordt overgedragen, omdat de productiecapaciteit van installaties meestal op uurbasis wordt bepaald.
Een totale warmteoverdrachtscoëfficiënt, zoals die vaak wordt gebruikt in warmtewisselaarvergelijkingen, zou een aantal factoren moeten overwegen. In dit voorbeeld moeten de verzadigde stoom bij een gegeven temperatuur, het stoom-tot-buis-grensvlak, geleidbaarheid door de buiswand, het grensvlak met de vloeistof in de buizen zoals olie, en de temperatuur van inkomende olie allemaal in aanmerking worden genomen. Informatie van deze factoren kan helpen bepalen hoe groot een warmtewisselaar nodig is en welke ontwerp- en materiaalstrategie het beste zou werken.