ای حرفه

انتقال حرارت در اصطلاح علمی به معنی انتقال حرارت از جسم گرم تر به جسم سردتر می باشد. به عبارتی، حرارت از جسمی با دمای بالاتر به جسمی با دمای پایین تر منتقل می شود. بنابراین انتقال حرارت ناشی از وجود اختلاف دما است، پس نیروی محرکه انتقال حرارت گرادیان دماست. بنابراین نرخ انتقال حرارت به میزان اختلاف دما بر واحد طول بستگی دارد. هر چه اختلاف دما بین دو سیستم زیاد تر باشد نرخ انتقال حرارت بیشتر می شود.

انتقال حرارت بین دو نقطه ی گرم و سرد تحت مکانیزم های متفاوتی انجام می شود که عبارتست از:

۱- هدایت (Conduction)

۲- جابجایی (Convection)

۳- تشعشع (Radiation)

انتقال حرارت هدایتی

اگر دمای بخشی از جسم از بخش دیگر آن بیشتر باشد حرارت از بخش گرم تر به سمت بخش سردتر جریان می یابد. به این پدیده هدایت می گویند. دراین فرایند انتقال انرژی حرارتی به صورت جریان الکترون های آزاد ویا انتقال انرژی  ارتعاشی ذرات جسم به ذرات مجاور در دمای پایین تر می باشد. در انتقال حرارت از نوع هدایتی واسطه انتقال حرارت ساکن است، بنابراین شدت انتقال حرارت هدایتی مقدار گرمای منتقل شده در واحد زمان می باشد.

? = −?? ??/??

q مقدار حرارت منتقل شده در واحد زمان، K ضریب هدایت حرارتی، A سطح مقطع عمود بر جهت حرارت، ?? اختلاف دما و ?? ضخامت لایه می باشد.

این رابطه بیان می کند که هدایت حرارتی در یک سیستم به هندسه، ضخامت، جنس ماده و اختلاف دما در عرض محیط بستگی دارد.

علامت منفی در فرمول بیانگر کاهش انتقال دما است، یعنی گرما نمی تواند از ناحیه سرد به ناحیه گرم منتقل شود.

ضریب هدایت حرارتی یکی از ویژگی های مهم جسم حرارتی است که به نوع جسم و شرایط فیزیکی مانند دما و فشار آن بستگی دارد. پس هرچه ضریب هدایت حرارتی جسم بیشتر باشد جسم هادی تر بوده و مقدار گرمای بیشتری از آن عبور می کند و بر عکس هر چه مقدار ضریب هدایت حرارتی جسم کمتر باشد آن جسم عایق تر است.

باید توجه داشت که فشار بر روی ضریب هدایت گازها و مایعات تأثیزی ندارد. در جامدات، ضریب هدایت حرارتی با افزایش دما کاهش می یابد. همچنین در جامدات ضریب هدایت حرارتی، مجموع امواج ارتعاشی و انرژی منتقل شده توسط الکترون آزاد است. ضریب هدایت حرارتی مایعات ( به جز آب و گلیسیرین) با افزایش دما و با افزایش جرم ملکولی کاهش می یابد.

انتقال حرارت جابجایی

اگر سطح جسمی با دمایT_w در مجاورت سیالی با دمایT_∞ قرار گیرد بین جسم و سیال حرارتی مبادله می شود که به آن انتقال حرارت جابجایی می گویند. اگر دمای جسم نسبت به دمای سیال زیادتر باشد ( مانند شوفاژ، هوای اتاق)، انتقال حرارت جابجایی از جسم به سیال انجام می شود. اگر دمای جسم نسبت به سیال کمتر باشد ( مانند هوای اتاق، شیشه سرد پنجره) انتقال حرارت جابجایی از سیال به جسم صورت می پذیرد.

برای محاسبه شدت انتقال حرارت جابجایی، از رابطه زیر استفاده می شود که در آن q مقدار حرارت منتقل شده در واحد زمان، h ضریب انتقال حرارت جابجایی و A سطح مقطع عمود بر جریان می باشد.

(∞? = ℎ?(??−?

ضریب انتقال حرارت جابجایی یک کمیت مقداری است و به جهت بستگی نداشته، بلکه به هندسه سطح جسم جامد، نوع حرکت سیال و سرعت حجمی سیال بستگی دارد.

با چه روش هایی می توان انتقال حرارت جابجایی را افزایش داد؟

۱- با زیاد کردن ضریب انتقال حرارت جابجایی

۲- ایجاد موانع روی سطوح جسم جامد که سبب می شود سطح مبادله حرارت بین سیال و جسم افزایش یابد.

۳- ایجاد تلاطم بیشتر در سرعت جریان سیال

باید توجه داشت که اگر عوامل خارجی مثل پمپ، فن و….. سبب جریان سیال شوند انتقال حرارت جابجایی از نوع اجباری است و اگر جریان سیال در اثر اختلاف چگالی ناشی از تغییرات دما باشد، انتقال حرارت جابجایی از نوع آزاد می باشد.

انتقال حرارت تشعشعی

 اگر دو یا چند جسم که از سطح خود انرژی منتشر می کنند و در معرض دید هم قرار می گیرند مقداری از انرژی تابش شده هر سطح به سطح دیگر برخورد کند تبادل حرارت انجام می پذیرد. به این روش انتقال حرارت انتقال حرارت تشعشعی می گویند. بنابراین انتقال انرژی بین دو سطح به صورت امواج الکترو مغناطیس می باشد. انتقال حرارت تشعشعی در همه اجسام در دماهای بالاتر از صفر مطلق وجود دارد. و با فرمول زیر محاسبه می شود:

            (? = ?. ?. ? (??_۱^۴− ??_۲^۴

که در این فرمول q شدت انتقال حرارت تشعشعی، ? ضریب صدور سطح جسم،A سطح تشعشع جذب شده،  ??_۱ دمای مطلق جسم اول،  ??_۲  دمای مطلق جسم دوم می باشد.

منابع: اصول انتقال حرارت دکتر محمد چالکش امیری، انتقال حرارت رسوب و کاربرد دکتر سید حسین نوعی باغبان، دکتر محمد خشنودی