Wat is het Nusselt-nummer?

Een Nusselt-nummer is het product van een verhoudingsvergelijking voor warmteoverdracht tussen twee vloeistoffen waarbij convectiewarmteoverdracht wordt gedeeld door de warmtegeleiding van het materiaal in rust. Het is een getal zonder eenheid dat in wezen een vergelijkingspercentage biedt voor hoe snelle warmte wordt overgedragen tussen materialen waar convectie plaatsvindt, of een stroom van een gas of vloeistof, in vergelijking met elementaire warmteoverdracht door geleiding waarbij weinig interne beweging van materie doet zich voor. Hoewel het Nusselt-nummer vaak wordt gebruikt om warmteoverdracht in vloeistoffen te meten, kan het ook worden gebruikt om convectie te vergelijken met geleidingwarmteoverdrachtssnelheden tussen vaste stoffen door gasstroom. De basis voor vergelijkingen van warmteoverdracht in materialen werd gelegd door Ernst Wilhelm Nusselt, een Duitse werktuigbouwkundig ingenieur die in het begin van de 20e eeuw les gaf in Dresden. Zijn baanbrekende werk in de vloeistofmechanica destijds resulteerde in het vernoemde nummer van Nusselt.

Een typische Nusselt-nummervergelijking is Nu = hL / λ. Nu staat voor het Nusselt-nummer, h is de warmteoverdrachtscoëfficiënt die kan worden gemeten in watt per vierkante meter maal de temperatuur Kelvin (W / m ² K). L is gelijk aan de lengte van de grenslaag in meters van een materiaal waar warmte wordt overgedragen, en lambda (λ) vertegenwoordigt de vastgestelde thermische geleidbaarheid van het materiaal in watt per meter Kelvin of W / mK. De meting van Nusselt-getallenwarmte is alleen een meting over oppervlaktegrenzen en is direct gerelateerd aan de wet van Newton van koeling, waaruit het getal ook kan worden afgeleid.

Wanneer de Nusselt-correlatie dicht bij een waarde van één ligt, duidt dit op een soort warmtetransportstroom die bekend staat als laminaire stroming of propstroom, wat aangeeft dat er zeer weinig vloeistofbeweging plaatsvindt en geleidend warmteverlies belangrijk is. Naarmate de stroomsnelheid toeneemt, worden ze beschreven als turbulent en kunnen ze vaak resulteren in Nusselt-getalswaarden die variëren van 100 tot 1.000. Elke waarde voor een Nusselt-getal tussen 100 en 1.000 is een indicatie voor het feit dat de dominante vorm van warmteoverdracht plaatsvindt door convectie en dat geleiding slechts een ondergeschikte rol speelt. Dergelijke aantallen zijn belangrijke waarden om te weten in verschillende aspecten van engineering, waarbij warmteoverdracht een gewenste of ongewenste eigenschap kan zijn. Een hoge Nusselt nummer cilinderoverdrachtssnelheid wordt beschouwd als turbulent en een efficiënte methode voor warmteoverdracht, zoals bij vloeistofstroming door leidingen waar weinig warmte-energie in het materiaal verloren gaat door geleiding naar de buitenomgeving.