Введите исходные данные, проверьте формулу и подстановку, затем используйте результат для предварительной инженерной оценки.
Коэффициент теплоотдачи рассчитывают как K = Nu·λ/d после определения Re = ρvd/μ и Pr = cμ/λ и выбора корреляции для режима течения.
Число Рейнольдса Re характеризует соотношение инерционных и вязких сил, число Прандтля Pr — перенос импульса и теплоты, а число Нуссельта Nu связывает корреляцию с теплоотдачей. Для воды при скорости 1 м/с и диаметре 20 мм в приведённом примере Re = 19 960, Pr = 6,97, Nu ≈ 162 и K ≈ 4860 Вт/(м²·K).
Расчёт определяет коэффициент теплоотдачи K между движущейся жидкостью и стенкой канала по скорости потока и свойствам среды. Сначала находятся числа Рейнольдса, Прандтля и Нуссельта, затем результат переводится в Вт/(м²·K).
Зачем нужен результат: Коэффициент теплоотдачи входит в общее сопротивление теплопередаче и расчёт площади аппарата. Без него нельзя связать температурный напор с тепловым потоком через стенку.
В обычной жизни: Число показывает, насколько легко поток передаёт тепло стенке: от него зависит, быстро ли нагреется вода в теплообменнике или охладится жидкость в трубе.
Для рабочего проекта нужны исходные данные объекта, нормативные параметры и проверка специалиста.
Коэффициент K через Nu–Re–Pr
Re = ρvd/μ; Pr = cμ/λ; K = Nu · λ/d. Расчёт выполняется по исходным данным формы; допущения указаны непосредственно под результатом.
Источник: Источник из плана калькуляторов.
Проверьте единицы измерения и подстановку под результатом перед переносом значения в расчётную записку.
Коэффициент теплоотдачи K описывает конвективный перенос теплоты между потоком и стенкой. Он связывает плотность теплового потока q″ с разностью температур: q″ = K·(tсреды − tстенки). Сам K не является постоянной материала: он меняется со скоростью, диаметром, вязкостью, теплопроводностью, теплоёмкостью, геометрией и состоянием поверхности. Поэтому сначала безразмерно описывают течение. Число Рейнольдса Re = ρvd/μ показывает отношение инерционных сил к вязким. При малом Re поток устойчивее и перенос поперёк канала слабее; при большом Re усиливается перемешивание и теплоотдача.
Число Прандтля Pr = cμ/λ сравнивает толщину гидродинамического и температурного пограничных слоёв. Число Нуссельта Nu = Kd/λ связывает искомый коэффициент с теплопроводностью среды. Для турбулентного течения в гладкой круглой трубе калькулятор применяет зависимость Диттуса–Бёльтера Nu = 0,023·Re⁰·⁸·Prⁿ, где показатель n зависит от нагрева или охлаждения потока. Для ламинарного режима предусмотрено значение Nu = 3,66 при постоянной температуре стенки и полностью развитом течении. Эти зависимости нельзя переносить на входной участок, оребрённый канал, сильно шероховатую трубу, двухфазную среду или сложную геометрию без отдельной проверки. Свойства вводят при средней температуре жидкости, а не при произвольной комнатной температуре.
Для заметного изменения свойств по длине рассчитывают несколько участков или используют локальные значения. Результат K относится только к одной стороне теплообмена. В тепловом балансе второй стороне, стенке, загрязнению и контактам соответствуют собственные сопротивления. При соединении их в общий коэффициент теплопередачи нельзя просто сложить коэффициенты: складывают термические сопротивления. Расчёт является инженерной оценкой и требует проверки диапазона корреляции, длины стабилизации потока, направления теплового потока и реальной шероховатости.
Дополнительная инженерная проверка нужна при изменении режима, геометрии или свойств среды. Перед применением результата фиксируют диапазон исходных данных, сверяют единицы и сопоставляют итог с паспортом оборудования и рабочими ограничениями проекта. Такой контроль особенно важен для переходных режимов, нестандартной геометрии и оборудования, работающего с переменной нагрузкой. При подготовке рабочей документации результат сверяют с балансом системы, фактическими параметрами среды и ограничениями выбранной методики. Если условия выходят за диапазон расчёта, применяют профильную корреляцию или детальную модель, а не распространяют упрощённую формулу автоматически.
| Критерий | Физический смысл | Где используется |
|---|---|---|
| Re | соотношение инерционных и вязких сил | определение режима течения |
| Pr | соотношение переноса импульса и теплоты | выбор теплообменной корреляции |
| Nu | усиление теплоотдачи относительно теплопроводности | переход от корреляции к K |
| K | тепловой поток на единицу площади и температурный напор | тепловой расчёт поверхности |
Re = 998·1·0,020/0,001 = 19 960, Pr = 4180·0,001/0,6 = 6,97. Для нагрева Nu ≈ 0,023·19 960⁰·⁸·6,97⁰·⁴ ≈ 162, поэтому K = Nu·0,6/0,020 ≈ 4860 Вт/(м²·K). Корреляцию нужно проверить по фактической длине и геометрии.
При уменьшении d растёт Re пропорционально 1/d, но в формуле K = Nu·λ/d появляется ещё прямой множитель 1/d. Поэтому теплоотдача на единицу площади обычно увеличивается, хотя одновременно могут вырасти потери давления.
Переходный режим чувствителен к возмущениям, входной длине и шероховатости. Одна корреляция не даёт надёжной оценки во всём диапазоне, поэтому результат калькулятора ограничен заданными условиями применимости.
K описывает теплоотдачу только от одной среды к стенке. В теплообменнике есть сопротивление горячей и холодной сторон, стенки и возможных отложений. Общий коэффициент получают через сумму этих сопротивлений, поэтому он обычно меньше каждого отдельного коэффициента теплоотдачи.
Результат рассматривают вместе с исходными данными, единицами и режимом работы. Перед проектным решением проверяют ограничения методики, паспорт оборудования и фактические условия эксплуатации.
Берите плотность, вязкость, теплоёмкость и теплопроводность при средней температуре потока. Если жидкость нагревается или охлаждается на десятки градусов, свойства по длине меняются, и одной точки может быть недостаточно для проектного расчёта.
Результат рассматривают вместе с исходными данными, единицами и режимом работы. Перед проектным решением проверяют ограничения методики, паспорт оборудования и фактические условия эксплуатации.
В переходной области результат сильно зависит от возмущений и входного участка. Формулы для полностью ламинарного или турбулентного течения там могут дать заметную ошибку. Для такой задачи нужна специальная корреляция или расчёт по методике производителя.
Результат рассматривают вместе с исходными данными, единицами и режимом работы. Перед проектным решением проверяют ограничения методики, паспорт оборудования и фактические условия эксплуатации.
Чат помогает разобраться в устройстве и параметрах оборудования. Он не заменяет паспорт и инструкцию производителя.