Número de Nusselt
El número de Nusselt ( ) es uno de los principales criterios para la similitud de los procesos térmicos, que caracteriza la relación entre la intensidad de la transferencia de calor por convección y la intensidad de la transferencia de calor por conducción de calor (en un entorno estacionario). Nombrado en honor al ingeniero alemán Wilhelm Nusselt .
[una]
dónde:
- - tamaño característico ;
- es el coeficiente de conductividad térmica del medio;
- - coeficiente de transferencia de calor ;
- - flujo de calor por convección ;
- - flujo de calor debido a la conductividad térmica .
Valores característicos
El número de Nusselt siempre es mayor o igual a 1. Es decir, el flujo de calor debido a la convección siempre supera en su valor al flujo de calor debido a la conductividad térmica . .
Por lo general, para flujos laminares , el número de Nusselt está en el rango de 1 a 20. Los números de Nusselt grandes (>100) indican un fuerte flujo de calor convectivo, que es una característica de los flujos turbulentos .
Para flujos de fluidos en tuberías redondas, se puede demostrar que para un flujo laminar constante (suponiendo que el flujo de calor hacia la pared es constante) y (siempre que la temperatura de la pared sea constante). [2]
Dependencias empíricas
Convección libre en una placa vertical
[3]![{\displaystyle \mathrm {Nu} _{L}=0{,}68+{\frac {0{,}67\mathrm {Ra} _{L}^{1/4}}{[1+(0 {,}492/\mathrm {Pr} )^{9/16}]^{4/9}}},\quad \mathrm {Ra} _{L}\leqslant 10^{9},}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ea6bdfe01b4872cf18a16c67d4bd213f24e702e7)
donde está el número de Rayleigh .
Convección libre en una placa horizontal
Si la longitud característica se define como:
,
donde es el área de la placa, y es su perímetro. Luego, para una superficie caliente orientada hacia arriba en un ambiente frío o para una superficie fría orientada hacia abajo en un ambiente cálido: [3]
Para una superficie caliente orientada hacia abajo en un ambiente frío, o para una superficie fría orientada hacia arriba en un ambiente cálido:
Transferencia de calor durante convección forzada en tuberías
dónde:
- es el número de Reynolds ;
- - tamaño característico ;
- — número de Prandtl ;
- en condiciones de calentamiento de líquido y en condiciones de enfriamiento de líquido. [3]
Véase también
- Transferencia de calor
- El número de Peclet es un parámetro similar.
Notas
- ↑ Derivación simple del número de Nusselt a partir de la ley de enfriamiento de Newton .
- ↑ Dreitser G. A. Fundamentos de la transferencia de calor por convección en canales .
- ↑ 1 2 3 Incropera, Frank P.; DeWitt, David P. Fundamentos de la transferencia de calor y masa (sin especificar) . — 4ª edición. —Wiley. - pags. 493.