ما هو معامل انتقال الحرارة؟
يُعبّر معامل انتقال الحرارة بالحمل، ويُرمز له بالحرف h، عن مدى كفاءة انتقال الحرارة بين سطح صلب ومائع متحرك (سائل أو غاز). وهو معامل محوري في الهندسة الحرارية، وتصميم أنظمة التكييف والتدفئة والتهوية (HVAC)، وتحديد أبعاد المبادلات الحرارية، وتبريد الإلكترونيات. تحسب هذه الأداة قيمة h مباشرةً اعتمادًا على قانون نيوتن للتبريد، انطلاقًا من معدل انتقال الحرارة ومساحة السطح وفرق درجة الحرارة بين السطح والمائع.
شرح المعادلة
يستند الحساب إلى العلاقة $$h = \frac{\text{Q (W)}}{\text{A (m}^2\text{)} \times \text{ΔT (K)}}$$ وهي إعادة ترتيب لقانون نيوتن للتبريد \(Q = h \cdot A \cdot \Delta T\). حيث تمثّل Q معدل انتقال الحرارة بالواط (W)، وA مساحة سطح التبادل الحراري بالمتر المربع (m²)، وΔT فرق درجة الحرارة بالكلفن (K) أو بالدرجة المئوية (لأن مقدار الكلفن الواحد يساوي الدرجة المئوية الواحدة، فيكون الفرق متطابقًا). أما الناتج h فيُعبَّر عنه بوحدة W/(m²·K). وكلما زادت القيمة دلّ ذلك على أن السطح يفقد الحرارة أو يكتسبها بسهولة أكبر.
طريقة الاستخدام
أدخل معدل انتقال الحرارة الكلي Q، ومساحة السطح A الملامسة للمائع، وفرق درجة الحرارة ΔT. ثم اضغط على زر الحساب لتحصل على المعامل فورًا. احرص على إدخال جميع القيم بالوحدات الدولية (SI) للحصول على النتيجة بوحدة W/(m²·K).
مثال محلول
لنفترض أن لوحًا مسطحًا يبدّد حرارة بمعدل Q = 5000 واط عبر مساحة A = 2 م²، مع فرق درجة حرارة بين السطح والمائع يساوي ΔT = 25 كلفن. عندئذٍ يكون $$h = \frac{5000}{2 \times 25} = \frac{5000}{50} = \textbf{100 W/(m}^2\cdot\text{K)}$$ وهي قيمة نموذجية لحالة الحمل القسري بالهواء.
الأسئلة الشائعة
ما الوحدات التي ينبغي استخدامها؟ استخدم الوحدات الدولية (SI): Q بالواط، وA بالمتر المربع، وΔT بالكلفن (أو فرقًا بالدرجة المئوية). ويكون الناتج بوحدة W/(m²·K).
هل يمكنني استخدام الدرجة المئوية لقيمة ΔT؟ نعم، فإن فرق درجة الحرارة بالدرجة المئوية يساوي عدديًا مثيله بالكلفن تمامًا، ولذلك لا تتغير النتيجة.
ما القيم النموذجية لـ h؟ يتراوح الحمل الحر في الهواء بين 5 و25 تقريبًا، والحمل القسري في الهواء بين 10 و500، والحمل القسري في الماء بين 100 و15,000، أما الغليان والتكثيف فقد يتجاوزان 10,000 W/(m²·K).
