Cálculo de la tasa de pérdida de calor por conducción y radiación

Calcular la velocidad a la que un cilindro hueco con un elemento calefactor en su interior perderá calor, específicamente tanto por conducción como por radiación.

Mi objetivo es encontrar la temperatura dentro de este cilindro. Me doy cuenta de que la pérdida total de calor por segundo será igual a la cantidad total de energía que consume el elemento calefactor.

Usé la Ley de Fourier q = ( k s ) ⋅ A ⋅ ( t 1 − t 2 ) , pero tengo entendido que esta ley solo explica la transferencia de calor a través de la conducción e ignora la radiación. ¿Cómo puedo tener en cuenta tanto la radiación como la conducción para resolver este problema?

¿Puedo determinar un porcentaje de transferencia de calor por radiación y un porcentaje de transferencia de calor por conducción?

¿También está considerando la transferencia de calor por convección natural desde el cilindro?
No creo que la convección sea realmente relevante para este problema, solo asumo que todo el espacio dentro del cilindro tiene la misma temperatura.
Estoy hablando de convección fuera del cilindro. ¿Está preguntando sobre la transferencia de calor por conducción fuera del cilindro?
No estoy muy seguro de lo que quiere decir con convección fuera del cilindro, pero estoy preguntando sobre la transferencia de calor por conducción hacia el exterior del cilindro.
¿Transferencia de calor por conducción a través de la pared del tubo?
Sí, a través de la pared.

Respuestas (1)

Si ignora la transferencia de calor por convección y la transferencia de calor por conducción fuera del cilindro, entonces la transferencia de calor por radiación está en serie con la transferencia de calor a través de la pared. Si la pared es delgada, entonces el flujo de calor del calentador está relacionado con la diferencia de temperatura a través de la pared por

(1) q = π D L k ( T i − T o ) W
donde W es el espesor de la pared. La transferencia de calor por radiación al exterior viene dada por
(2) q = π D L ϵ σ ( T o 4 − T ∞ 4 )
dónde T ∞ es la temperatura ambiente lejos de la superficie, σ es la constante de Stefan-Boltzmann y ϵ es la emisividad de la superficie del tubo. Entonces, conociendo Q, puedes usar la ecuación. 2 para obtener T 0 , y luego use la ecuación. 1 para obtener T i .

"la transferencia de calor por radiación está en serie con la transferencia de calor a través de la pared". ¿Qué quisiste decir con esto?
@Buraian Esta es una analogía de un circuito eléctrico que involucra resistencias en serie, donde T es análogo al voltaje y el flujo de calor Q es análogo a la corriente.
Entonces, la oración dice "el flujo de corriente radiativo está en serie con el flujo de corriente a través de la pared"... Todavía no entiendo qué significa que el flujo de corriente a través de la pared esté en serie con el flujo radiativo.
Significa que Q en las dos ecuaciones es el mismo e igual a la carga de calor del elemento calefactor. Esto le permite resolver To en la segunda ecuación y sustituirla en la primera ecuación para obtener Ti.
Ok, eso tiene sentido, pero ¿cómo es el flujo de corriente radiativa en serie con la transferencia de calor a través de la pared?
@Buraian Primero, el calor fluye a través de la pared y, una vez que atraviesa la pared, se irradia a los alrededores. ¿Estás familiarizado con cómo se desarrolla el análogo eléctrico?
Entonces, ¿estás diciendo que la pared primero conduce y luego irradia?
Están sucediendo al mismo tiempo. Pero el flujo de calor se puede considerar de una manera análoga a un fluido que fluye. Entonces fluye primero a través de la pared y luego a través de la resistencia radiativa.
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