آموزش مفاهیم اصلی انتقال حرارت با رویکرد کاربرد در فلوئنت-مفاهیم اولیه
انتقال حرارت
علم انتقال گرما یا انتقال حرارت به تحلیل آهنگ انتقال گرما در سیستم می‌پردازد. انتقال انرژی از طریق شارش گرما را نمی‌توان مستقیما اندازه‌گیری کرد ولی این انتقال چون به یک کمیت قابل اندازه‌گیری به نام دما ارتباط دارد، دارای مفهوم فیزیکی است.
گرما
گرما نوعی انرژی است که به علت اختلاف دما بین دو سیستم، از یکی به دیگری منتقل میشود. (گرما همواره در حال عبور از مرزهای سیستم است.)
دما
دما کمیتی است که بیانگر مقدار گرمای یک جسم می باشد. دما معیاری است برای تعیین میزان گرمی یا سردی یک جسم. یکای این کمیت در سیستم متریک کلوین می‌باشد. سایر واحدهای این کمیت عبارت‌اند از:
درجه سلسیوس (درجه سانتیگراد) ، درجه فارنهایت و درجه رانکین نیز واحدی برای اندازه‌گیری دما است.
۲ واحد سانتی گراد و فارنهایت دمای نسبی، و ۲ واحد کلوین و رانکین دمای مطلق هستند. در واقع کلوین همان صفر مطلق در سیستم متریک است.
برخی از دماهای مهم بر حسب سانتیگراد
نقطه جوش هیدروژن مایع ۲۳۵-
نقطه جوش اکسیژن مایع ۱۸۳-
نقطه انجماد الکل ۱۱۵-
نقطه انجماد جیوه ۳۹-
نقطه ذوب یخ ۰
دمای بدن انسان سالم ۳۷
نقطه جوش الکل ۷۹
نقطه جوش آب ۱۰۰
نقطه جوش جیوه ۳۵۷
نقطه ذوب طلا ۱۰۶۷
دمای هسته زمین ۳۷۰۰
دمای سطح خورشید ۵۷۰۰
شرط انتقال حرارت
شرط انتقال حرارت خود به خودی، اختلاف دما است. اگر دو سیستم در حال ارتباط با یکدیگر هم‌دما نباشند، گرما از ناحیه دما بالا (گرم) به ناحیه دما پایین (سرد) جریان می‌یابد. و این جریان تا زمانی ادامه می‌یابد که دو سیستم هم‌دما شوند.
چون گرما به دلیل وجودِ گرادیان دمایی شارش می‌یابد، دانستن توزیع دما ضروری است.
مبانی اصلی انتقال حرارت در فلوئنت
-
پدیده‌های اصلی انتقال حرارت
- هدایت
- جابجایی
- تشعشع
- تغییرفاز
-
معادله انرژی
-
شرایط مرزی
هدایت : برای انتقال حرارت به روش هدایت به شرایط خاصی نیاز است که به طور خلاصه به آن اشاره می شود :
- این نوع از انتقال حرارت تنها در محیط مادی اتفاق می افتد. به این معنا که برای انتقال حرارت در این روش نیاز است که در فضای بین دو نقطه که قرار است انتقال حرارت بین آنها اتفاق بیوفتد حتما ماده وجود داشته باشد. این ماده می تواند سیال یا جامد باشد.
- این نوع از انتقال حرارت به حرکت الکترون ها یا ارتعاشات مولکولی و اتمی مربوط میشود.
- میزان شار حرارتی انتقالی به اختلاف دما در محیط مادی بستگی دارد.
جابجایی : در این روش انتقال حرارت نیز مانند انتقال حرارت هدایتی به محیط مادی برای انتقال حرارت نیاز است. این نوع از انتقال حرارت تنها در محیط حاوی سیال اتفاق می افتد و گرما به وسیله حرکت سیال انتقال پیدا می کند. در این پدیده، گرما با جابجایی سیال گرم در محیط منتقل می شود.
تشعشع : انتشار انرژی در این حالت بوسیله امواج الکترومغناطیسی اتفاق می افتد. در این روش انتقال حرارت، تمامی اجسام با هرگونه از انواع حالات ماده باهردمایی که بالاتر از صفر مطلق باشد دارای انتقال حرارت تشعشعی می باشد.
تغییر فاز : در این روش، حالت ماده با گرفتن و یا از دست دادن گرما عوض میشود. این نوع از مواد با گرفتن یا از دست دادن گرما بسته به حالت اولیه خود، به حالت مایع یا جامد تبدیل میشوند.