¿Existe una ecuación para la transferencia de calor por convección?

¿Hay alguna ecuación que pueda usar para calcular la temperatura (en función del tiempo) de un objeto que gana o pierde calor por convección? O de manera equivalente, ¿la tasa de transferencia de energía del objeto al fluido circundante (o viceversa)? Puede involucrar constantes que representan propiedades del objeto y el fluido circundante.

Conozco la ecuación del calor para la conducción y la ley de Stefan-Boltzmann para la radiación, pero no se me ocurre ninguna para la convección.

Supongo que ya has visto esto, pero aquí hay artículos de wikipedia con algo de información: Convección vs. conducción , ley de enfriamiento de Newton .
@Marek: mmm, interesante. Eché un vistazo a los anteriores, pero al echar un segundo vistazo noté que en el último enlace, dice que hay fórmulas para calcular el coeficiente de transferencia de calor. h para ciertos sistemas. Estaría muy interesado en ver información sobre fórmulas de mangueras publicadas aquí, si usted (o cualquier otra persona) está dispuesto a hacerlo.
Me temo que no sé nada sobre estos temas además de la descripción general. Pero yo también estoy muy ansioso por aprender más, así que espero que alguien más lo elabore.

Respuestas (5)

http://www.egr.msu.edu/~somerton/Nusselt/

aquí puedes encontrar algunas fórmulas para calcular los números de Nusselt, Prandtl, Reynolds, Rayleigh y Grasshoff. Esos son importantes para evaluar las condiciones en diferentes sistemas. Los números le dirán qué estado de convección hay alrededor de su geometría (natural, forzada, laminar, turbulenta, externa, interna). Para cada caso existe alguna correlación.

Puede encontrar más información sobre el número de Nusselt y otros, por ejemplo. en Wikipedia.

Después de calcular números convenientes, puede calcular el coeficiente de transferencia de calor zumbeispiel de Nusselt nuber.

Si estuviera interesado en la distribución de temperatura dentro de un sólido en contacto con un fluido (por ejemplo, gas o líquido), resolvería la ecuación del calor, por ejemplo:

∂ T ∂ t = k ∇ 2 T
. La pérdida de calor a través de la convección hacia el fluido circundante aparecería en la elección de las condiciones de contorno y, específicamente, usaría la condición de Robin (o condición mixta), que es un equilibrio de conducción en el sólido y convección en el fluido en la interfaz y se puede derivar de la aplicación de la Ley de Enfriamiento de Newton en la interfaz. Por ejemplo en el límite L :
k ∂ T ( t , L ) ∂ norte + h T ( t , L ) = gramo ( t )
dónde k es la conductividad térmica en el sólido y h es el coeficiente de transferencia de calor por convección del fluido.

Si estaba interesado en la variación de temperatura dentro de un fluido con transferencia de calor por convección, desea resolver una ecuación de calor más general que contiene un término convectivo que luego acopla su solución con una solución para el movimiento del fluido (por ejemplo, Navier Stokes),

∂ T ∂ t + tu ~ ⋅ ∇ T = k ∇ 2 T
dónde tu ~ es el vector de velocidad (lo que hace de esto una ecuación vectorial).

Espero que esto ayude a algunos.

Salud,

Pablo Safier

Nada tan fácil desde los principios básicos como para la conducción o la radiación.

Puede multiplicar el calor medio transportado por el líquido de convección por su tasa de flujo de masa

Δ T = C pag ∗ ( T i norte − T o tu t ) ∗ Δ V Δ t ρ Δ t .

Dónde T i norte es la temperatura media del líquido que se mueve hacia el fregadero (lado frío) y T o tu t es la temperatura del líquido que se mueve hacia el otro lado.

El problema es que no puede obtener la(s) temperatura(s) del líquido de convección o el caudal sin cálculos o mediciones detalladas.

Para el caso general, tienes que ir a CFD.

"conducción de la radiación"? Estoy bastante seguro de que no tiene sentido. ¿Quizás quisiste decir algo más?
@Noldorin: Has descubierto el secreto más oscuro: soy un mal mecanógrafo y confío en los garabatos del corrector ortográfico para detectarlo, por lo que constantemente me pierdo palabras...
Je, bueno, si pudiéramos arreglárnoslas sin garabatos, estaríamos en english.SE. (aunque: ¿se perdió "wordos"? :-P) De todos modos, esperaba una fórmula simple que no requiriera la velocidad de flujo o las temperaturas, pero no estoy demasiado sorprendido de escuchar que no hay una.
Ja ja; ¡Eso tiene mucho más sentido ahora! Curiosamente, el "o" no se me ocurrió, de lo contrario lo habría corregido yo mismo.

Para la convección, tiene una fórmula similar a la conducción para la transferencia de calor. http://en.wikipedia.org/wiki/Nusselt_number

d q d t = − norte tu k F A Δ T L

Hay algunas fórmulas (por ejemplo, para cilindros, como tuberías) en el siguiente libro: Bosworth RCL Fenómenos de transferencia de calor. El flujo de calor en los sistemas físicos. – Publicaciones generales asociadas, PTY. LIMITADO. – Sídney. – 1952, 211 págs. Tanto la conducción de calor (en la llamada película estancada cerca de la tubería) como la convección son importantes para el enfriamiento de la tubería en el aire. Es interesante que los coeficientes relevantes dependan de la orientación de las tuberías (vertical/horizontal).

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