Número de Nusselt | Sus relaciones y fórmulas importantes

Mi contenido: Número de Nusselt

¿Qué es el número de Nusselt? Definición del número de Nusselt

"El número de Nusselt es la relación entre la transferencia de calor por convección y por conducción a través de un límite".

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

Nu_L=0.68+0.663 [\frac{Ra_L^{1/4}}{[1+(\frac{0.492}{Pr})^\frac{9}{16}]^\frac{4}{9}}]

Para placa horizontal

  1. 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

  1. Si la superficie inferior del cuerpo caliente está en contacto con un ambiente frío
  2. 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]

  1. 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

  1. Si la superficie inferior del cuerpo caliente está en contacto con un ambiente frío
  2. 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

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

Para flujo laminar sobre placa vertical (convección natural) Nux = 0.59 (Gr.Pr)0.25

Donde Gr = Número de Grashoff

Gr = \ frac {g \ beta \ Delta TL ^ 3} {\ nu ^ 2}

Pr = Número de Prandtl

Pr = \ frac {\ mu C_p} {k}

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

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

Q.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.

\ frac {T_w-T} {T_w-T_ \ infty} = a + b \ frac {y} {L} + c [\ frac {y} {L}] ^ 2

Si la conductividad térmica (k) y el flujo de calor de la pared (q ′ ′), pruebe que, número de Nusselt

Nu = \ frac {q "} {T_w-T_ \ infty} \ frac {L} {k} = b

Solución:

\ frac {T_w-T} {T_w-T_ \ infty} = a + b \ frac {y} {L} + c [\ frac {y} {L}] ^ 2

\\ T = T_w + (T_ \ infty-T_w) [a + b \ frac {y} {L} + c [\ frac {y} {L}] ^ 2] \\\\ q "= - k \ frac {\ mathrm {d} T} {\ mathrm {d} y} = - k (T_ \ infty-T_w) [\ frac {b} {L} + \ frac {2cy} {L ^ 2}]

en y = 0

Nu = \ frac {q "} {T_w-T_ \ infty} \ frac {L} {k} = b

Por lo tanto probado

Q.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=\frac{\rho VD}{\mu}\\\\ Re=\frac{1000*1*25*10^{-3}}{7.25*10^{-4}}\\\\ Re=34482.758

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*\frac{0.625}{25*10^{-3}}=4613.6659 \;\frac{W}{m^2.K}

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

  1. 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

  1. 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 (haz clic aquí)y número de Prandtl (Haga clic aquí)

Acerca de Hakimuddin Bawangaonwala

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.
Conéctese en LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/hakimuddin-bawangaonwala

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