معامل الحمل الحراري

معامل الحمل الحراري. سنتحدث عن قانون معدل انتقال الحرارة ووحدات معامل التوصيل الحراري وكيفية حساب التوصيل الحراري. كل هذه المواضيع ستجدها في مقالتنا.

معامل الحمل الحراري

1- معامل انتقال الحرارة في الفيزياء (بالإنجليزية: Heat Transfer coefficiency) هو معامل التناسب الذي يحدد انتقال الحرارة عبر سطحي وسطين متصلين، مثل سطح جسمين متصلين. ويرمز له بـ h أو α ويقاس بـ W/(m²·K) ويعتمد على شكل الجسمين المتلامسين أو على سطح التلامس بين الجسم والوسط المحيط به، وقد يكون هذا الوسط سائلاً.
2- يصف معامل انتقال الحرارة كفاءة الغاز أو السائل في نقل الطاقة عبر سطحه وبالتالي تفريغ الطاقة من سطحه. ويعتمد ذلك على الحرارة النوعية والكثافة ومعامل التوصيل الحراري للوسط الذي تنتقل إليه الحرارة، وكذلك للجسم الذي يطلق الحرارة. يتم حساب معاملات انتقال الحرارة عن طريق تحديد الفرق في درجة الحرارة بين الجسمين المتلامسين.
3- لا يعتبر معامل انتقال الحرارة خاصية محددة للمادة مثل التوصيل الحراري. بل يعتمد على الوسط المحيط وسرعة سريانه، v. كما يعتمد على نوع الجريان، فقد يكون صفحياً أو دوامياً، ويعتمد أيضاً على شكل السطح. تستخدم معاملات انتقال الحرارة في هندسة البناء كقيم ثابتة، حيث يعمل الجدار العازل كمقاومة لاختراق الحرارة من الداخل إلى الخارج أو العكس.

قانون معدل انتقال الحرارة

1- ابدأ بإدخال المتغيرات المعروفة في المعادلة البسيطة إلى حد ما المستخدمة لتحديد معدل انتقال الحرارة q بين وسطين موصلين: q = (kA (Thot – Tcold))/d. على سبيل المثال، إذا كانت k = 50 W/m C، A = 10 m^2، Thot = 100 C، Tcold = 50 C، وd = 2 m، إذن q = (50 * 10 (100–50))/2 .
2-بعد ذلك، قم بطرح درجتي الحرارة للعمل على هذا الجزء من المعادلة والحصول على الفرق في درجات الحرارة. في هذا المثال، سيكون الحساب 100 درجة مئوية – 50 درجة مئوية = 50 درجة مئوية، مما يؤدي إلى المعادلة المبسطة q = (50 * 10(50))/2.
3- اضرب التوصيل الحراري ومساحة السطح. المعادلة المبسطة حتى الآن هي q = (500 * 50)/2.
4- اضرب حاصل ضرب الموصلية الحرارية ومساحة السطح التي وجدتها في الخطوة السابقة في فرق درجات الحرارة لتحصل على q = 25,000/2.
5-أخيرًا، قم بتقسيم المنتج المحسوب في الخطوة السابقة على السماكة لتحصل على q = 12,500 واط.

وحدات معامل التوصيل الحراري

1- نعلم بالفعل أن الحرارة تنتقل من الجسم الأكثر دفئًا إلى الجسم الأقل دفئًا. نحن نعرف مقدار الطاقة اللازمة لتسخين الجسم بعدد معين من الدرجات. ولكن من المهم أيضًا أن نعرف مدى سرعة تسخين الجسم أو تبريده. بمعرفة سرعة تبريد المنزل، يمكننا تحديد السرعة التي نحتاجها لتدفئة المنزل.
2- يختلف معدل التغير في درجة الحرارة لجميع الأجسام. يعلم الجميع من التجربة الشخصية أن المعدن يغير درجة الحرارة بشكل أسرع، والصوف القطني أبطأ، لذلك نخرج المقالي والفطائر الساخنة من الفرن بالأرداف وليس باليدين. دعونا ننظر في الجزء النظري من هذه الظاهرة.
3- بينت التجربة أن انتقال الحرارة بالتوصيل الحراري يحدث على طول الخط العمودي إلى السطح المتساوي الحرارة من الأماكن ذات درجة الحرارة الأعلى إلى الأماكن ذات درجة الحرارة الأقل.

كيفية حساب الموصلية الحرارية

1- يتم تحديد التوصيل الحراري للمواد من خلال معامل التوصيل الحراري وهو مقياس لقدرة المواد على نقل التدفق الحراري. كلما انخفضت قيمة هذا المؤشر، زادت خصائص العزل للمادة. في هذه الحالة، الموصلية الحرارية مستقلة عن الكثافة.
2- عددياً، التوصيل الحراري يساوي كمية الطاقة الحرارية التي تمر خلال قطعة من المادة سمكها 1 متر و 1 متر مربع في ثانية واحدة. في هذه الحالة، يعتبر فرق درجة الحرارة على الأسطح المتقابلة 1 كلفن. كمية الحرارة هي الطاقة التي تكتسبها المادة أو تفقدها أثناء انتقال الحرارة.
3. صيغة التوصيل الحراري هي كما يلي: Q = τ * (dT/dx) * S * dτ، حيث: Q هي التوصيل الحراري؛ ε هو معامل التوصيل الحراري؛ (dT/dx) هو التدرج في درجة الحرارة؛ S هي مساحة المقطع العرضي.
4- عند حساب التوصيل الحراري لهيكل المبنى يتم تقسيمها إلى مكونات ويتم تلخيص موصليتها الحرارية. يتيح لك ذلك تحديد قياس قدرة هيكل المنزل (الجدران والأسقف والنوافذ وما إلى ذلك) على تمرير تدفق الحرارة. في الواقع، الموصلية الحرارية لهيكل المبنى هي التوصيل الحراري المركب لمواده، بما في ذلك الفجوات الهوائية وطبقة من الهواء الخارجي.
5- بناءً على قيمة التوصيل الحراري للهيكل يتم تحديد حجم فقدان الحرارة من خلاله. يتم الحصول على هذه القيمة عن طريق ضرب التوصيل الحراري في الفترة الزمنية المقدرة، ومساحة السطح الإجمالية، وكذلك في فرق درجة الحرارة بين الأسطح الخارجية والداخلية للهيكل. على سبيل المثال، بالنسبة لجدار مساحته 10 أمتار مربعة مع الموصلية الحرارية 0.67 عند اختلاف في درجة الحرارة قدره 13 درجة، سيكون فقدان الحرارة خلال 5 ساعات 0.67 * 5 * 10 * 13 = 435.5 ج * م.
6-معاملات التوصيل الحراري للمواد المختلفة مدرجة في جدول التوصيل الحراري، فمثلاً للفراغ 0، وللفضة وهي من أكثر المواد موصلة للحرارة 430 وات/(مل*ك).
7- أثناء البناء، إلى جانب التوصيل الحراري للمواد، يجب مراعاة ظاهرة الحمل الحراري التي تلاحظ في المواد في الحالة السائلة والغازية. هذا ينطبق بشكل خاص عند تطوير نظام تسخين المياه والتهوية. للحد من فقدان الحرارة في هذه الحالات، يتم تثبيت المقاطع العرضية من اللباد والصوف والمواد العازلة الأخرى.