Efecto del caudal volumétrico sobre los flujos de calor por convección y radiación

Usando las ecuaciones que ha proporcionado, la radiación no se ve afectada por el viaje de un objeto a través de su entorno y la convección solo se ve afectada si el coeficiente de convección cambia debido a ese movimiento.

Como ha dicho que el gas refrigerante se dirige normal a la superficie del objeto, el efecto de la corriente de convección no debería verse afectado por el movimiento lateral. A los efectos de esta pregunta, asumo que se puede ignorar cualquier efecto de convección adicional de ese movimiento lateral.

De la pregunta entiende que tanto la radiación como la convección funcionan en la superficie. No ha proporcionado ninguna información sobre las formas relativas de los objetos y sin esto no es posible responder, sin embargo, como preguntó cómo el flujo volumétrico afecta la tasa de intercambio de calor, afirmaremos que para los fines de esta pregunta los dos objetos son geométricamente similares . Es decir, las proporciones de sus dimensiones son las mismas, por lo que la relación entre el área de superficie y el volumen será menor para objetos más grandes. Dada la suposición de que los objetos son geométricamente similares, si definimos un valor k para que sea el factor de escala, entonces el área de la sección transversal (y, por lo tanto, el flujo volumétrico) es proporcional a$k^2$. La relación área superficial a volumen es proporcional a$1/k$(de$k^2/k^3$).

La cantidad de calor retenida por cada uno, suponiendo una densidad de calor uniforme, es proporcional al volumen del objeto.

Tanto la convección como la radiación son proporcionales al área de superficie del objeto (que ha definido en su pregunta).

Entonces, en el instante inicial, cuando los dos objetos están inicialmente a la misma temperatura, la diferencia en la pérdida de calor será proporcional al área de la superficie del objeto, por lo que el objeto con el área más grande perderá más calor.

Dada mi suposición anterior de que los objetos son geométricamente similares, esto significa que el objeto más grande pierde calor más rápido (pero como la cantidad de calor retenida es proporcional a su volumen, retiene más calor).

La pérdida de calor en ambos da como resultado una reducción de la temperatura: como la pérdida de calor es proporcional al área y la cantidad de calor retenida por el objeto es proporcional al volumen, la densidad de calor del objeto más grande se reduce más lentamente que la densidad de calor. del objeto más pequeño. Entonces pierde temperatura más lentamente.

En el siguiente instante la diferencia de temperatura de los dos objetos no será la misma, y ​​tanto por radiación como por convección esto afectará la cantidad de calor perdido.

Cuando calculamos el calor perdido con el tiempo, la cantidad de tiempo que los objetos están expuestos al ambiente de enfriamiento afectará la pérdida total de calor, por lo que un objeto que viaja más lentamente a través de la cámara de enfriamiento estará sujeto al enfriamiento por más tiempo. Sin embargo, esta es la velocidad real, no el flujo volumétrico.

Entonces, para objetos de formas geométricamente similares (pero con diferentes volúmenes), la relación entre el área superficial y el volumen afectará la pérdida de calor, y la cantidad de tiempo que estén expuestos a la cámara de enfriamiento afectará la pérdida de calor (total).