Newtonův ochlazovací zákon

Newtonův ochlazovací zákon je „empirický zákon udávající množství tepla, které přestoupí vlivem konvekce z tělesa do chladnější tekutiny“,[1] tedy mezi proudící tekutinou a pevnou stěnou, kterou tato tekutina obtéká. Zákon říká, že množství tepla Q je úměrné teplotnímu rozdílu mezi tělesem T_w a tekutinou T, ploše A, na které dochází k přestupu tepla, a času t.[1] Platí tedy, že Q = αA (T_w - T)t neboli že „koeficientem úměrnosti α je součinitel přestupu tepla“.[1]

Znění

Newtonův ochlazovací zákon říká, že tepelný tok roste přímo úměrně rozdílu teplot mezi jádrem obtékající tekutiny a povrchem obtékané stěny. Matematicky tedy:

{\dot {Q}}=\alpha A(t_{w}-t_{f})

(ak t_w > t_f)

resp.

{\dot {Q}}=\alpha A(t_{f}-t_{w})

(ak t_f > t_w)

kde ${\dot {Q}}$ je tepelný tok (tj. teplo převedené danou plochou za jednotku času), α je součinitel přestupu tepla, A je plocha povrchu stěny, jíž se dotýká sledovaná tekutina, t_w je teplota na povrchu stěny (tedy na fázovém rozhraní), t_f je teplota v jádru tekutiny (tedy v hlavním proudu tekutiny).

Hodnota součinitele přestupu tepla závisí na fyzikálních vlastnostech tekutiny, na hydrodynamických podmínkách a geometrických charakteristikách systému. V praxi se počítá podle vzorce α = (λ.Nu)/l, přičemž λ je součinitel tepelné vodivosti, Nu je tzv. Nusseltovo číslo a l je charakteristický geometrický rozměr systému. Vzorec Nusseltova čísla bývá v tabulkách uváděn v různých podobách v závislosti na konkrétních podmínkách (např. jeden vzorec Nu platí pro nucené obtékání jednotlivé trubice kolmo na osu).

Vyjádření pomocí hustoty tepelného toku

Místo pomocí tepelného toku ( ${\dot {Q}}$ ) lze Newtonův zákon ochlazování vyjádřit pomocí hustoty tepelného toku ( $q={\dot {Q}}/A$ ), tedy:

q=\alpha (t_{w}-t_{f})

, resp.

q=\alpha (t_{f}-t_{w})

.

Vyjádření pomocí tepelného odporu tekutiny

Místo pomocí součinitele přestupu tepla α lze Newtonův zákon ochlazování vyjádřit pomocí (celkového) tepelného odporu tekutiny (R = 1/(α.A)), tedy:

{\dot {Q}}={\frac {(t_{w}-t_{f})}{R}}

, resp.

{\dot {Q}}={\frac {(t_{f}-t_{w})}{R}}

.

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Newtonov ochladzovací zákon na slovenské Wikipedii.

"Technický slovník naučný. 5. svazek M – O." 1. vyd. Praha: Encyklopedický dům s.r.o. 2003. 470 s. ISBN 80-86044-23-8

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[TSN-1] "Technický slovník naučný. 5. svazek M – O." 1. vyd. Praha: Encyklopedický dům s.r.o. 2003. 470 s. ISBN 80-86044-23-8