التوصيل الحراري: تأثير السمك والمساحة في معدل انتقال الحرارة
قدّر انتقال الحرارة عبر طبقة مستوية، وميّز بين القدرة والطاقة والموصلية الحرارية.
الطريقة
في التوصيل المستقر عبر طبقة مستوية متجانسة، يساوي معدل انتقال الحرارة الموصلية مضروبة في المساحة وفرق الحرارة، ثم مقسومة على السمك. استخدم المتر للسمك والمتر المربع للمساحة إذا كانت الموصلية بوحدة W/(m·K). فرق الحرارة له القيمة العددية نفسها بالكلفن والدرجة المئوية. الناتج بالواط وهو معدل، وليس كمية طاقة. ضرب المعدل الثابت في الزمن يعطي الطاقة بوحدات متوافقة.
مثال محلول
يستخدم المثال موصلية محددة ودرجات حرارة ثابتة على سطحي الطبقة. زيادة السمك تخفض المعدل وزيادة المساحة ترفعه؛ كل تغيير في المثال يقارن بالطبقة الأصلية منفصلًا. حساب الطاقة يفترض استمرار المعدل نفسه طوال المدة. أدخل خواص الطبقة في حاسبة التوصيل الحراري وتحقّق من الوحدات. إدخال قيمة بالملليمتر على أنها أمتار يسبب خطأ كبيرًا.
k = 0.04 W/(m·K); A = 10 m²; ΔT = 20 K; L = 0.1 m
Q̇ = 0.04 × 10 × 20 / 0.1 = 80 W
L = 0.2 m → Q̇ = 40 W; A = 20 m² → Q̇ = 160 W
80 W × 2 h = 160 Wh = 0.16 kWh
الفحوص والحدود
لا يشمل النموذج الحمل الحراري السطحي أو الإشعاع أو مقاومة التلامس أو الجسور الحرارية أو مرحلة التسخين. تعتمد الموصلية على حالة المادة وحرارتها؛ استخدم قيمة موثقة مناسبة. اجمع المقاومات الحرارية للطبقات المتتابعة. تختلف وحدات الموصلية عن وحدات معامل انتقال الحرارة السطحي، فلا تستبدل أحدهما بالآخر. تقدير طبقة مثالية لا يحسب فاتورة طاقة مبنى كامل ولا يغني عن التقييم الهندسي.
حاسبات ذات صلة
المصدر: OpenStax — التوصيل