ما هو رقم نسلت؟
رقم نسلت (Nu) هو كميّة لابُعدية في علم انتقال الحرارة تعبّر عن نسبة انتقال الحرارة بالحمل إلى انتقالها بالتوصيل الصِّرف عبر الطبقة الحدّية للمائع. فعندما يكون \(\text{Nu} = 1\) يعني ذلك أن الحرارة تنتقل بالتوصيل الخالص (كما في المائع الساكن)، بينما تدل القيم الأكبر على فاعلية متزايدة للحمل الحراري. وقد سُمِّي الرقم نسبةً إلى المهندس الألماني فيلهلم نسلت، وهو محوري في تصميم المبادلات الحرارية، وتبريد الإلكترونيات، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC).
كيف تستخدم هذه الحاسبة
أدخل المعطيات الثلاثة: معامل انتقال الحرارة بالحمل h (واط/م²·كلفن)، والطول المميّز L (م) — وغالبًا ما يكون قطرًا، أو طول صفيحة، أو القطر الهيدروليكي — والموصلية الحرارية للمائع k (واط/م·كلفن). ستعرض الحاسبة على الفور قيمة رقم نسلت اللابُعدية.
شرح المعادلة
المعادلة التعريفية هي:
$$\text{Nu} = \frac{\text{h} \cdot \text{L}}{\text{k}}$$
هنا يعبّر \(h\) عن مدى سهولة انتقال الحرارة بين السطح والمائع المتحرك، ويحدّد \(L\) المقياس الهندسي المعني، أما \(k\) فيمثّل قدرة المائع على توصيل الحرارة. ولأن الوحدات الثلاث تتلاشى عند ضربها وقسمتها، تأتي النتيجة لابُعدية، ما يتيح المقارنة بين مختلف الأشكال الهندسية والموائع.
مثال محلول
لنفترض أن الماء يجري فوق سطح بحيث \(h = 500\) واط/م²·كلفن، وطول مميّز \(L = 0.05\) م، وموصلية حرارية للماء \(k = 0.6\) واط/م·كلفن. عندئذٍ يكون $$\text{Nu} = \frac{500 \times 0.05}{0.6} = \frac{25}{0.6} \approx 41.67$$ وهذه القيمة الكبيرة نسبيًا لرقم نسلت تؤكّد أن الحمل الحراري يطغى على التوصيل في هذا السيناريو.
الأسئلة الشائعة
هل يكون رقم نسلت دائمًا أكبر من 1؟ في حالات الحمل الحراري، نعم — إذ \(\text{Nu} \geq 1\)، ويقترب من 1 كلما ضعف الحمل واقترب من التوصيل الصِّرف.
ما هو الطول المميّز؟ يعتمد على الشكل الهندسي: قطر الأنبوب للجريان الداخلي، أو طول الصفيحة للصفائح المستوية، أو القطر الهيدروليكي للقنوات غير الدائرية.
ما علاقة Nu برقمَي رينولدز وبرانتل؟ غالبًا ما تتنبّأ بقيمة Nu علاقات تجريبية مثل \(\text{Nu} = 0.023 \cdot \text{Re}^{0.8} \cdot \text{Pr}^{0.4}\) (علاقة ديتوس-بولتر)، ومنها يُستخرج \(h\) عبر العلاقة نفسها \(h = \frac{\text{Nu} \cdot k}{L}\).
