Hệ số truyền nhiệt là gì?
Hệ số truyền nhiệt đối lưu, ký hiệu h, cho biết nhiệt được truyền hiệu quả như thế nào giữa một bề mặt rắn và dòng chất lưu chuyển động (chất lỏng hoặc chất khí). Đây là thông số then chốt trong kỹ thuật nhiệt, thiết kế hệ thống HVAC (điều hòa không khí), tính toán thiết bị trao đổi nhiệt và tản nhiệt cho linh kiện điện tử. Công cụ này tính trực tiếp giá trị h dựa trên định luật làm nguội Newton, từ công suất nhiệt, diện tích bề mặt và chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và chất lưu.
Giải thích công thức
Phép tính dựa trên công thức $$h = \frac{\text{Q (W)}}{\text{A (m}^2\text{)} \times \text{ΔT (K)}}$$ được suy ra từ định luật làm nguội Newton \(Q = h \cdot A \cdot \Delta T\). Trong đó, Q là công suất truyền nhiệt tính bằng watt (W), A là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt tính bằng mét vuông (m²), còn ΔT là chênh lệch nhiệt độ tính bằng kelvin (K) hoặc độ C (vì độ lớn của một kelvin bằng một độ C nên giá trị chênh lệch là như nhau). Kết quả h được biểu thị theo đơn vị W/(m²·K). Giá trị càng lớn thì bề mặt càng dễ tỏa hoặc hấp thụ nhiệt.
Cách sử dụng
Nhập tổng công suất truyền nhiệt Q, diện tích bề mặt A tiếp xúc với chất lưu và chênh lệch nhiệt độ ΔT. Nhấn nút tính để nhận ngay hệ số. Hãy giữ tất cả dữ liệu nhập ở hệ đơn vị SI để có kết quả theo W/(m²·K).
Ví dụ minh họa
Giả sử một tấm phẳng tỏa ra công suất \(Q = 5000 \text{ W}\) trên diện tích \(A = 2 \text{ m}^2\) với chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và chất lưu là \(\Delta T = 25 \text{ K}\). Khi đó $$h = \frac{5000}{2 \times 25} = \frac{5000}{50} = \mathbf{100 \text{ W/(m}^2\cdot\text{K)}}$$ — một giá trị điển hình cho đối lưu cưỡng bức bằng không khí.
Câu hỏi thường gặp
Nên dùng đơn vị nào? Hãy dùng hệ đơn vị SI: Q tính bằng watt, A tính bằng mét vuông, ΔT tính bằng kelvin (hoặc chênh lệch theo °C). Kết quả sẽ là W/(m²·K).
Có thể dùng °C cho ΔT không? Được. Một chênh lệch nhiệt độ tính theo °C có giá trị số hoàn toàn giống với tính theo kelvin, nên kết quả không thay đổi.
Các giá trị h thường gặp là bao nhiêu? Đối lưu tự nhiên trong không khí khoảng 5–25, đối lưu cưỡng bức trong không khí 10–500, đối lưu cưỡng bức trong nước 100–15.000, còn quá trình sôi/ngưng tụ có thể vượt quá 10.000 W/(m²·K).
