• 努塞爾數

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    努塞爾數

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    在熱流體動力學中,努塞爾數(Nu,以 Wilhelm Nusselt 命名: 336 )是流體邊界處的對流傳熱與傳導傳熱的比率。 對流包括平流(流體運動)和擴散(傳導)。 傳導分量是在與對流相同的條件下測量的,但用于假設靜止的流體。 它是一個無量綱數,與流體的瑞利數密切相關。

    值為一(零)的努塞爾數表示通過純傳導進行傳熱。: 336 介于一(零)和 10 之間的值是團狀流或層流的特征。 較大的努力塞爾數對應于更活躍的對流,湍流通常在 100–1000 范圍內。

    一個類似的無量綱屬性是畢奧數,它涉及固體而不是流體的熱導率。 努塞爾數的傳質模擬是舍伍德數。

    定義

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    努力塞爾數是跨邊界的對流傳熱與傳導傳熱的比率。 對流和傳導熱流相互平行并平行于邊界表面的表面法線,并且在簡單情況下都垂直于平均流體流動。

    N u L = 對流傳熱 傳導傳熱 = h k / L = h L k {\displaystyle \mathrm {Nu} _{L}={\frac {\mbox{對流傳熱}}{\ mbox{傳導傳熱}}}={\frac {h}{k/L}}={\frac {hL}{k}}}

    其中 h 是流動的對流傳熱系數,L 是特征長度,k 是流體的熱導率。

    • 特征長度的選擇應沿邊界層生長(或厚度)的方向; 特征長度的一些示例是:(外部)橫向流動(垂直于圓柱軸)的圓柱體的外徑、自然對流的垂直板的長度或球體的直徑。 對于復雜的形狀,長度可以定義為流體體積除以表面積。
    • 流體的熱導率通常(但不總是)在薄膜溫度下進行評估,出于工程目的,可以將其計算為整體流體溫度和壁面溫度的平均值。

    與上面給出的稱為平均努力塞爾數的定義相反,局部努力塞爾數是通過將長度作為從表面邊界到局部興趣點的距離來定義的。

    上下文

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    理解對流邊界層對于理解表面和流過它的流體之間的對流傳熱是必要的。 如果流體自由流溫度和表面溫度不同,則會形成熱邊界層。 由于這種溫差導致的能量交換,存在溫度曲線。

    傳熱率可以用牛頓冷卻定律寫成

    Q y = h A ( T s ? T ∞ ) {\displaystyle Q_{y}=hA\left(T_{s}-T_{\infty }\right)} ,

    其中 h 是傳熱系數,A 是傳熱表面積。 因為表面的熱傳遞是通過傳導進行的,所以相同的量可以用熱導率 k 表示

    努塞爾數

     

    右側現在是表面溫度梯度與參考溫度梯度的比率,而左側類似于畢奧模量。 這成為流體的傳導熱阻與對流熱阻之比,也稱為努塞爾數 Nu。

    推導

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    努塞爾數可以通過傅里葉定律的無量綱分析得到,因為它等于 t。

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    1. 努塞爾數
    2. 定義
    3. 上下文
    4. 推導

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