Koeficijent prijenosa topline je koncept u fizici i termodinamici koji opisuje kako i koliko lako toplinska energija prelazi s jednog materijala na drugi. U mnogim se slučajevima toplina najlakše prenosi dok predmetni materijali prelaze iz krutih tvari u tekućine u plinove; toplina također može prijeći iz tekućine u plin ili obrnuto, kao što je slučaj s hladnim zrakom iznad toplog jezera. Toplina će uvijek teći iz toplog u hladno za materijale u izravnom kontaktu, a koeficijent prijenosa je jedan od načina da se ovaj pomak opipljivo i matematičkim izrazima izrazi. To je važan koncept za proizvođače i graditelje u mnogim industrijama. Pomaže inženjerima da dizajniraju bolje posude za kuhanje, na primjer, i pomaže da strojevi i stvari poput motora s unutarnjim izgaranjem u automobilima budu sigurniji; također se koristi za učinkovitiju izolaciju u domovima i uredima. Postavljanje osnova koeficijenta obično je prilično jednostavno, ali specifičnosti načina na koji njegova temeljna formula funkcionira i primjenjuje na promjene termodinamičkih scenarija mogu biti pomalo komplicirane.
Osnove proračuna
Kvantitativno, koeficijent je funkcija dvaju materijala u dodiru; temperatura svakog od njih, koja određuje pokretačku silu; i čimbenici koji povećavaju ili umanjuju prijenos topline, kao što su konvekcija ili površinsko onečišćenje, respektivno. Standardna proračunska rubrika obično se izražava kao h = q / ∆t, gdje je “h” ukupni koeficijent prijenosa topline, “q” je količina prenesene topline po jedinici površine, a “∆t” je temperaturna razlika između susjedne površine ili površine o kojima je riječ.
Postoje i jednadžbe za određivanje količine topline koja se prenosi po jedinici površine, po stupnju temperaturne razlike između dva susjedna materijala i po vremenskom razdoblju koje mogu pomoći u utjecaju na osnovniju formulu. Proračuni za dimenzioniranje industrijske opreme, kao što su grijači i izmjenjivači topline, obično se odnose na prijenos topline po satu jer se proizvodni kapacitet postrojenja obično utvrđuje na satnoj bazi.
Razumijevanje ukupnih koeficijenata
Ukupni koeficijent prijenosa topline, kakav se često koristi u jednadžbama izmjenjivača topline, trebao bi uzeti u obzir niz čimbenika. Na primjer, u scenariju parnog stroja, zasićena para na danoj temperaturi, sučelje pare i cijevi, vodljivost kroz stijenku cijevi, sučelje s tekućinom unutar cijevi, kao što je ulje, i temperatura ulaznog ulja bi svi trebali uzeti u obzir. Informacije iz ovih čimbenika mogle bi pomoći u određivanju koliko bi velik izmjenjivač topline bio potreban i koja bi strategija dizajna i materijala najbolje funkcionirala.
Važnost za proizvodnju
Ovi se koeficijenti uvijek uzimaju u obzir pri projektiranju opreme koja je posebno namijenjena za prijenos topline — ili za neprijenos topline. Lonci za kuhanje, rashladna peraja na motoru motocikla, puhanje u žlicu prevruće juhe ili jedna osoba koja grije tuđe hladne ruke sve su to primjeri povećanja koeficijenta prijenosa topline. Najveći pojedinačni doprinos boljim koeficijentima prijenosa, s obzirom na materijalna ograničenja, je brzo kretanje tekuće faze komponenti. Puhanje zraka kroz radijator, izazivanje turbulentnog strujanja u izmjenjivaču topline ili brzo kretanje zraka u konvekcijskoj peći utječu na mnogo veće koeficijente prijenosa od mirnih uvjeta. To je zato što se više molekula za apsorpciju topline predaje vrućoj površini u kraćem vremenu.
Uloga u izolaciji i gradnji općenito
S druge strane, potraga za visoko učinkovitom izolacijom također uzima u obzir proračunati prijenos topline svakog od njegovih sučelja. Izolacija je važna za sve vrste stvari, uključujući hladnjake i zamrzivače, hladnjake za piknik, zimsku odjeću i energetski učinkovite domove. Mrtvi zračni prostori, šupljine u pjeni i materijali niske vodljivosti pomažu u izolaciji.