Contenido: Número de Nusselt
¿Qué es el número de Nusselt? Definición del número de Nusselt
https://en.wikipedia.org/wiki/Nusselt_number
- El calor de convección y conducción fluye en paralelo entre sí.
- La superficie será normal a la superficie límite y vertical al flujo medio del fluido.
Ecuación numérica de Nusselt | Fórmula del número de Nusselt
El número medio de Nusselt se puede formular como:
Nu = Transferencia de calor por convección / transferencia de calor por conducción
Nu = h / (k / Lc)
Nu = hLc/k
donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
L = la longitud característica
k = la conductividad térmica del fluido.
El número local de Nusselt se representa como
Nu = hx / k
x = distancia desde la superficie límite
Significado del número de Nusselt.
Esto se relaciona entre la transferencia de calor por convección y por conducción para tipos similares de fluidos.
También ayuda a mejorar la transferencia de calor por convección a través de una capa de fluido en relación con la transferencia de calor por conducción para el mismo fluido.
Es útil para determinar el coeficiente de transferencia de calor del fluido.
Ayuda a identificar los factores que proporcionan resistencia a la transferencia de calor y ayuda a mejorar los factores que pueden mejorar el proceso de transferencia de calor.
Correlaciones numéricas de Nusselt.
En el caso de convección libre, el número de Nusselt se representa como la función del número de Rayleigh (Ra) y el número de Prandtl (Pr), en representación simple
Nu = f (Ra, Pr).
En caso de convección forzada, el número de Nusselt se representa como la función del número de Reynold (Re) y el número de Prandtl (Pr), de manera simple
Nu = f (Re, Pr)
Número de Nusselt para convección libre.
Para convección libre en la pared vertical
Para RaL<108
Para placa horizontal
- Si la superficie superior del cuerpo caliente está en un ambiente frío
NuL = 0.54RaL1/4 para el número de Rayleigh en el rango de 104<RaL<107
NuL = 0.15RaL1/3para el número de Rayleigh en el rango de 107<RaL<1011
- Si la superficie inferior del cuerpo caliente está en contacto con un ambiente frío
- NuL = 0.52RaL1/5para el número de Rayleigh en el rango de 105<RaL<1010
Correlaciones numéricas de Nusselt para convección forzada.
Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
Para capa límite laminar y turbulenta combinada
Nu = [0.037ReL4/5 - 871] Pr1/3
Número de Nusselt para flujo laminar | Número medio de placa plana de Nusselt
Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana[Convección forzada]
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
Para placa horizontal [Convección libre]
- Si la superficie superior del cuerpo caliente está en un ambiente frío
NuL = 0.54RaL1/4 para el número de Rayleigh en el rango de 104<RaL<107
NuL = 0.15RaL1/3 para el número de Rayleigh en el rango de 107<RaL<1011
- Si la superficie inferior del cuerpo caliente está en contacto con un ambiente frío
- NuL = 0.52RaL1/5para el número de Rayleigh en el rango de 105<RaL<1010
Número de Nusselt para flujo laminar en tubería
Para una tubería circular con diámetro D con una región completamente desarrollada en toda la tubería, Re <2300
Nu = hD / k
Donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
D = diámetro de la tubería
k = la conductividad térmica del fluido.
Para una tubería circular con diámetro D con un flujo transitorio a lo largo de la tubería, 2300 <Re <4000
Número de Nusselt para flujo turbulento en tubería
Número de Nusselt Para una tubería circular de diámetro D con un flujo turbulento a lo largo de la tubería Re> 4000
Según la ecuación de Dittus-Boelter
Nu = 0.023 Re0.8 Prn
n = 0.3 para calefacción, n = 0.4 para refrigeración
Número de Nusselt en términos del número de Reynolds
Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
Para capa límite laminar y turbulenta combinada
Nu = [0.037ReL4/5 - 871] Pr1/3
Número de Nusselt Para una tubería circular de diámetro D con un flujo turbulento a lo largo de la tubería Re> 4000
Según la ecuación de Dittus-Boelter
Nu = 0.023 Re0.8 Prn
n = 0.3 para calefacción, n = 0.4 para refrigeración
Número local de Nusselt
Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana[Convección forzada]
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
Correlaciones de números de Nusselt para convección natural
Flujo laminar sobre placa vertical (convección natural)Nux = 0.59 (Gr.Pr)0.25
Donde Gr = Número de Grashoff
Pr = Número de Prandtl
g = aceleración debida a la gravedad
β = coeficiente de expansión térmica del fluido
ΔT = diferencia de temperatura
L = longitud característica
ν = viscosidad cinemática
μ = viscosidad dinámica
Cp = Calor específico a presión constante
k = la conductividad térmica del fluido.
Para flujo turbulento
Nu = 0.36 (Gr.Pr)1/3
Coeficiente de transferencia de calor del número de Nusselt
El número medio de Nusselt se puede formular como:
Nu = Transferencia de calor por convección / transferencia de calor por conducción
Nu = h / (k / Lc)
Nu = hLc/k
donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
L = la longitud característica
k = la conductividad térmica del fluido.
El número local de Nusselt viene dado por
Nu = hx / k
x = distancia desde la superficie límite
Para una tubería circular con diámetro D,
Nu = hD / k
Donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
D = diámetro de la tubería
k = la conductividad térmica del fluido.
Tabla de números de Nusselt | Número de aire de Nusselt.
Número de Biot frente al número de Nusselt
Ambos son números adimensionales que se utilizan para encontrar el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la pared o el cuerpo sólido y el fluido que fluye sobre el cuerpo. Ambos están formulados como hLc/ k. Sin embargo, el número de Biot se usa para sólidos y el número de Nusselt se usa para fluidos.
En la fórmula del número de Biot hLc/ k para la conductividad térmica (k) del sólido se toma en consideración, mientras que en el Número de Nusselt se toma en consideración la conductividad térmica (k) del fluido que fluye sobre el sólido.
El número de Biot es útil para identificar si el cuerpo pequeño tiene una temperatura homogénea alrededor o no.
Intercambiador de calor de número de Nusselt
Para una tubería circular con diámetro D con una región completamente desarrollada en toda la tubería, Re <2300
Nu = hD / k
Donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
D = diámetro de la tubería
k = la conductividad térmica del fluido.
Para una tubería circular con diámetro D con un flujo transitorio a lo largo de la tubería, 2300 <Re <4000
Número de Nusselt para flujo turbulento en la tubería: Número de Nusselt Para una tubería circular con diámetro D con un flujo turbulento a lo largo de la tubería Re> 4000
Según la ecuación de Dittus-Boelter
Nu = 0.023 Re0.8 Prn
n = 0.3 para calefacción, n = 0.4 para refrigeración
Problemas
P.1)La temperatura del fluido adimensional en las proximidades de la superficie de una placa plana enfriada por convección se especifica como se indica a continuación. Aquí y se calcula vertical a la placa, L es la longitud de la placa y a, byc son constantes. Tw y T∞ son la temperatura ambiente y de la pared, correspondientemente.
Si la conductividad térmica (k) y el flujo de calor de la pared (q ′ ′), pruebe que, número de Nusselt
Nu = q/Tw – T / (L/k) = b
Solución:
Tw – T (Tw – T) = a + b (y/L) + c (y/L) = 0
en y = 0
Nu = q (tw – T)(L/k) = b
Por lo tanto probado
P.2) El agua que fluye a través de un tubo de diámetro. de 25 mm a una velocidad de 1 m / seg. Las propiedades dadas del agua son densidad ρ = 1000 kg / m3, μ = 7.25 * 10-4 Ns / m2, k = 0.625 W / m. K, Pr = 4.85. y Nu = 0.023Re0.8 Pr0.4. Luego, calcule cuál será el coeficiente de transferencia de calor por convección.
PUERTA ME-14-SET-4
Solución:
Re = pVD = 1000 x 1 x 25 x 10
(-3) (7.25)
Re = 34482.75
Pr = 4.85, Nu = 0.023 Re0.8 Pr0.4,
Nu = 0.023 * 34482.7580.8 * 4.850.4
Nu = 184.5466 = hD / k
h = 184.5466 / 0.625 (25 x 10 (-3)
Preguntas Frecuentes
1. ¿Cuál es la diferencia entre el número de Biot y el número de Nusselt?
Respuesta: Ambos son números adimensionales que se utilizan para encontrar el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la pared o el cuerpo sólido y el fluido que fluye sobre el cuerpo. Ambos están formulados como hLc/ k. Sin embargo, el número de Biot se usa para sólidos y el número de Nusselt se usa para fluidos.
En la fórmula del número de Biot hLc/ k para la conductividad térmica (k) del sólido se toma en consideración, mientras que en el Número de Nusselt, se toma en consideración la conductividad térmica (k) del fluido que fluye sobre el sólido.
El número de Biot es útil para identificar si el cuerpo pequeño tiene una temperatura homogénea alrededor o no.
2. ¿Cómo se encuentra el promedio de un número de Nusselt?
Respuesta: El número promedio de Nusselt se puede formular como:
Nu = Transferencia de calor por convección / transferencia de calor por conducción
Nu = h / (k / Lc)
Nu = hLc/k
donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
L = la longitud característica
k = la conductividad térmica del fluido.
El número local de Nusselt viene dado por
Nu = hx / k
x = distancia desde la superficie límite
3. ¿Cómo calcular el número de Nusselt?
Respuesta: El número promedio de Nusselt se puede formular como:
Nu = Transferencia de calor por convección / transferencia de calor por conducción
Nu = h / (k / Lc)
Nu = hLc/k
donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
L = la longitud característica
k = la conductividad térmica del fluido.
El número local de Nusselt viene dado por
Nu = hx / k
x = distancia desde la superficie límite
Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana[Convección forzada]
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
4. ¿Puede el número de Nusselt ser negativo?
Respuesta: El número promedio de Nusselt se puede formular como:
Nu = Transferencia de calor por convección / transferencia de calor por conducción
Nu = h / (k / Lc)
Nu = hLc/k
donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
L = la longitud característica
k = la conductividad térmica del fluido.
Para que todas las propiedades sean constantes, el coeficiente de transferencia de calor es directamente proporcional a Nu.
Por lo tanto, si el coeficiente de transferencia de calor es negativo, el número de Nusselt también puede ser negativo.
5. Número de Nusselt frente al número de Reynolds
Respuesta: En convección forzada, el número de Nusselt es la función del número de Reynolds y el número de Prandtl.
Nu = f (Re, Pr)
Para una tubería circular con diámetro D con una región completamente desarrollada en toda la tubería, Re <2300
Nu = hD / k
Donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
D = diámetro de la tubería
k = la conductividad térmica del fluido.
Para una tubería circular con diámetro D con un flujo transitorio a lo largo de la tubería, 2300 <Re <4000
Número de Nusselt para flujo turbulento en tubería
Número de Nusselt Para una tubería circular de diámetro D con un flujo turbulento a lo largo de la tubería Re> 4000
Según la ecuación de Dittus-Boelter
Nu = 0.023 Re0.8 Prn
n = 0.3 para calefacción, n = 0.4 para refrigeración
Número de Nusselt en términos del número de Reynolds
Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
Para capa límite laminar y turbulenta combinada
Nu = [0.037ReL4/5 - 871] Pr1/3
Número de Nusselt Para una tubería circular de diámetro D con un flujo turbulento a lo largo de la tubería Re> 4000
Según la ecuación de Dittus-Boelter
Nu = 0.023 Re0.8 Prn
n = 0.3 para calefacción, n = 0.4 para refrigeración
6. ¿Calcular el número de Nusselt con Reynolds?
Respuesta: Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana[Convección forzada]
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
Para capa límite laminar y turbulenta combinada
Nu = [0.037ReL4/5 - 871] Pr1/3
7. ¿Cuál es el significado físico del número de Nusselt?
Respuesta: Da la relación entre la transferencia de calor por convección y la transferencia de calor por conducción para el mismo fluido.
También ayuda a mejorar la transferencia de calor por convección a través de una capa de fluido en relación con la transferencia de calor por conducción para el mismo fluido.
Es útil para determinar el coeficiente de transferencia de calor del fluido.
Ayuda a identificar los factores que proporcionan resistencia a la transferencia de calor y ayuda a mejorar los factores que pueden mejorar el proceso de transferencia de calor.
8. ¿Por qué un número de Nusselt es siempre mayor que 1?
Respuesta: Esta es la relación. Mientras tanto, la transferencia de calor real no puede ser menor que 1. El número de Nusselt es siempre mayor que 1.
9. ¿Cuál es la diferencia entre el número de Nusselt y el número de Peclet? ¿Cuál es su significado físico?
Respuesta: El número de Nusselt es la relación entre la transferencia de calor por convección o real y la transferencia de calor por conducción alrededor de un límite, si la transferencia de calor por convección se vuelve prominente en el sistema que la transferencia de calor por conducción, el número de Nusselt será alto.
Considerando que, el producto del número de Reynold y el número de Prandtl se representa como el número de Peclet. A medida que aumenta, esto significará tasas de flujo altas y transferencia de impulso de flujo en general.
10. ¿Qué es un número de Nusselt promedio? ¿En qué se diferencia de un número de Nusselt?
Respuesta: Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
11. ¿Cuál es la fórmula del número de Nusselt para la convección libre del combustible dentro de un tanque de cilindro cerrado?
Respuesta: El número promedio de Nusselt se puede formular como:
Nu = Transferencia de calor por convección / transferencia de calor por conducción
Nu = h / (k / Lc)
Nu = hLc/k
donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
Lc = la longitud característica
k = la conductividad térmica del fluido.
Para tanque cilíndrico horizontal Lc = D
Por tanto, Nu = hD / k
12. Número de Nusselt para cilindro
Respuesta: El número promedio de Nusselt se puede formular como:
Nu = Transferencia de calor por convección / transferencia de calor por conducción
Nu = h / (k / Lc)
Nu = hLc/k
donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
Lc = la longitud característica
k = la conductividad térmica del fluido.
Para tanque cilíndrico horizontal Lc = D
Por tanto, Nu = hD / k
Para cilindro vertical Lc = Longitud / altura del cilindro
Por tanto, Nu = hL / k
13. Número de Nusselt para placa plana
Respuesta: para placa horizontal
- Si la superficie superior del cuerpo caliente está en un ambiente frío
NuL = 0.54RaL1/4 para el número de Rayleigh en el rango de 104<RaL<107
NuL = 0.15RaL1/3 para el número de Rayleigh en el rango de 107<RaL<1011
- Si la superficie inferior del cuerpo caliente está en contacto con un ambiente frío
NuL = 0.52RaL1/5 para el número de Rayleigh en el rango de 105<RaL<1010
Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
Para capa límite laminar y turbulenta combinada
Nu = [0.037ReL4/5 - 871] Pr1/3
14. Número de Nusselt para flujo laminar
Respuesta: Para flujo laminar completamente desarrollado sobre placa plana
Re <5 × 105, Número local de Nusselt
NuL = 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Pero para un flujo laminar completamente desarrollado
Número de Nusselt medio = 2 * Número de Nusselt local
Nu = 2 * 0.332 (Rex)1/2(pr)1/3
Nu = 0.664 (Rex)1/2(pr)1/3
Para una tubería circular con diámetro D con una región completamente desarrollada en toda la tubería, Re <2300
Nu = hD / k
Donde h = coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo
D = diámetro de la tubería
k = la conductividad térmica del fluido.
Para una tubería circular con diámetro D con un flujo transitorio a lo largo de la tubería, 2300 <Re <4000
Para conocer el proceso politrópico (haga clic aquí)y número de Prandtl (Haga clic aquí)
Soy Hakimuddin Bawangaonwala, ingeniero de diseño mecánico con experiencia en diseño y desarrollo mecánico. He completado la maestría en tecnología en ingeniería de diseño y tengo 2.5 años de experiencia en investigación. Hasta ahora publicado Dos artículos de investigación sobre torneado duro y análisis de elementos finitos de accesorios de tratamiento térmico. Mi área de interés es el diseño de máquinas, resistencia de materiales, transferencia de calor, ingeniería térmica, etc. Competente en software CATIA y ANSYS para CAD y CAE. Aparte de la investigación.
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