Warmteoverdrachtscoefficient

[NuevaTecha]

ik kan op het internet warmteoverdrachtscoefficient van Al-3003 vinden. Heeft iemand een idee waar ik dat kan vinden?

heb het nodig voor m'n model in Comsol.

[Fred F.]

warmteoverdrachtscoefficient ? ik neem aan dat je warmtegeleidingscoefficient (thermal conductivity) bedoelt.

Die is in de orde van 154 - 193 W/m.^oC bij een temperatuur van 25 ^oC.

De warmteoverdrachtscoefficient is heel iets anders en hangt vooral af van het medium (water, lucht, ...) waarmee het voorwerp van Al 3003 in contact is en dan speelt de warmtegeleidingscoefficient van Al 3003 nauwelijks een rol.

Stukje uit het ASM Handbook (a.k.a. Metals Handbook):

[NuevaTecha]

ik heb de situatie verkeerd geschets.

ik heb een aluminium staaf en deze warm ik met een laminaire luchtstroming op van 610 graden Celsius.

hoelang duurt het voordat ik deze staaf tot 610 graden heb verwarmt.

voor deze situatie heb ik een warmteoverdrachtscoefficient nodig, die ik niet weet.

[sirius]

Om een tijd uit te rekenen heb je ook de diffusie constante nodig die vind je hier. Om een typische tijd te vinden kun je denk ik de radius van de buis, r, kwardrateren en delen door de diffusieconstant van aluminium. Dit werkt goed voor een plaat. Voor een staaf zou je hem kunnen omrekenen.

Dit alles is onder de aanname dat de luchtstroom hoog genoeg is zodat de thermische geleiding binnen het aluminium de bottleneck is. Aangezien aluminium een zeer goede warmtegeleiding heeft, zou dit wel eens een zeer hoge stroming moeten zijn.

[NuevaTecha]

ben soms slordig en beetje onvolledig in mijn antwoorden.

Het gaat in dit geval om een oven, die een luchtinstroom heeft van 3.63 m/s. De literatuur verteld dat dit ongeveer 5 uur duurt. de staaf heeft een diameter van 203 mm.

de term diffusie constante is nieuw voor mij.

welke formule zou ik nou het best kunnen gebruiken om dit op te lossen?

[Fred F.]

ik heb een aluminium staaf en deze warm ik met een laminaire luchtstroming op van 610 graden Celsius.

hoelang duurt het voordat ik deze staaf tot 610 graden heb verwarmt.

Dat duurt oneindig lang. Opwarmen naar 609 graden duurt wat minder lang, naar 608 nog wat minder.

De literatuur verteld dat dit ongeveer 5 uur duurt.

Welke literatuur?

Waar gaat dit nou echt over? Is dit een schoolvraagstuk, of stageopdracht, of wat?

[NuevaTecha]

het is een stageopdracht waarbij ik de warmtehuishouding van een oven in kaart breng (de spreiding binnen deze oven is te groot, de staven hebben verschillende temperaturen. Deze zouden elk van de 36 rond de 600 - 610 graden moeten zitten, het verschil is echter groter 590 - 610). Ik ben zelf echter niet echt thuis in de warmtehuishouding, wat misschien al wel duidelijk is geworden.

ik ben nu dus aan het kijken hoelang het duurt om 1 staaf te verwarmen.

het gaat dus om een staaf aluminium

met een diameter van 203 mm

deze wordt verhit met een temperatuur van 610 graden,

en een luchtsnelheid van 3.63 m/s

ik ben benieuwd welke formule ik moet gebruiken om te bekijken, hoe deze staaf zich opwarmt.

dus hoelang duurt het voordat deze 400 graden is 500 en 608 graden celsius.

Hoop het probleem nu iets duidelijker te hebben weergegeven.

Heb wel van deze site gebruik geprobeerd te maken.

http://www.thermal-wizard.com/tmwiz/

[NuevaTecha]

voor mijn model heb ik ik de warmteoverdrachtscoefficient nodig.

h = q/(A *delta T)

A = oppervlak 1.15 vierkante meter

delta T = 610 - 20 = 590

Q =? heat flow in input or lost heat flow , J/s = W

met deze waarde kan ik hem in het model afdraaien.

verder heb ik ook nog naar Newton's afkoelingswet gekeken. klopt dit

[NuevaTecha]

Dank, het probleem is opgelost. Het schijnt iets complexer te liggen dan hier is weergegeven.

voor mijn model heb ik enkel mijn h nodig, die licht bij gedwongen convectie tussen de 25 en 250.

m'n model geeft weer dat de opwarming er ongeveer 4 uur over doet. Dat lijkt te kloppen met de realiteit.

Volgende waar ik tegenaan loop zijn de verschillende materiaaleigenschappen bij deze hoge temperaturen.

Ik gebruik nu engineeringtoolbox.com Maar vind deze redelijke gebrekkig. Is er een betere bekend?

[Fred F.]

Newton's afkoelingswet geldt alleen als de warmteoverdrachtscoefficient constant zou zijn, maar dat is hier niet het geval. Allereerst is de warmteoverdrachtscoefficient door convectie niet constant omdat de temeratuur van de luchtfilm langst de staven toeneemt in de tijd en daarmee veranderen de luchteigenschappen en dus h. Ten tweede: de warmteoverdracht vindt in een oven niet alleen plaats door convectie maar ook door straling. De binnenwand van de oven zal ook iets van 600 ^oC zijn en geeft straling af aan de staven. Naarmate de staven warmer worden stralen ze zelf ook weer meer warmte uit dus de netto ontvangen warmte door straling neemt af in de tijd.

Je hebt het nu over 36 staven. Die zullen waarschijnlijk niet netjes naast elkaar liggen maar bijvoorbeeld 6 hoog bij 6 breed. Dat betekent dus dat de binnenste staven minder stralingswarmte van de ovenwand zullen ontvangen dan de buitenste en dat verklaart het verschil in eindtemperatuur tussen de staven.

Ik zie niet waarom je de opwarmingstijd uit zou willen rekenen. Dit soort berekeningen zijn erg onnauwkeurig omdat de convectie in dit geval zo specifiek is dat daar geen toepasselijke formules te vinden zullen zijn, maar vooral omdat voor de straling de emissie- en absorbtiecoefficienten van ovenwand en staven niet nauwkeurig bekend zijn.

Het probleem is blijkbaar het verschil in temperaturen tussen de staven en dat los je niet op met dit soort berekeningen.

Volgende waar ik tegenaan loop zijn de verschillende materiaaleigenschappen bij deze hoge temperaturen.

Welk materiaal bedoel je? De hete lucht? Want het aluminium van de staven doet hier niet terzake, de warmtegeleiding binnenin de staven zal zo goed zijn dat dit verder geen rol speelt.

[NuevaTecha]

ik "moet" het model maken omdat ik de verbeteringen die ik al wel heb voor de oven, moet kunnen onderbouwen aan de hand van het model. Dit model bezorgt me inderdaad ook al wel maanden nachtmerries.

het gaat om de specificaties van lucht. bij warme lucht is de dichtheid kleiner en dat is weer van invloed op de overdracht.

[Fred F.]

De dichtheid is niet van invloed op de warmteoverdracht, dat is een wijdverbreid misverstand. Omdat de dichtheid voorkomt in het Reynolds-getal (Re) denken velen dat maar de snelheid komt daar ook in voor en het produkt van die twee is kg/(m².s) oftewel massadebiet gedeeld door doorstroomd oppervlak.

De viscositeit, thermische geleidbaarheid en soortelijke warmte zijn wel van invloed.

Maar vooruit, de dichtheid van lucht kun je eenvoudig berekenen uit de ideale gaswet, en dat geeft bij atmosferische druk:

ρ = 352/(^oC + 273) kg/m³