Newtonov ochladzovací zákon

Newtonov ochladzovací zákon (iné názvy: Newtonov zákon ochladzovania , Newtonova rovnica chladenia , Newtonov zákon tepelných strát , Newtonova rovnica , Newtonov vzorec , Newtonov vzťah ) je empirický zákon udávajúci množstvo tepla prenesené pri prestupe tepla, čiže medzi prúdiacou tekutinou a tuhou stenou, ktorú táto tekutina obteká. Konkrétne zákon hovorí, že tepelný tok rastie priamo úmerne rozdielu teplôt medzi jadrom obtekajúcej tekutiny a povrchom obtekanej steny.

Znenie

Newtonov ochladzovcí zákon hovorí, že tepelný tok rastie priamo úmerne rozdielu teplôt medzi jadrom obtekajúcej tekutiny a povrchom obtekanej steny. Matematicky teda:

$\dot{Q}=\alpha A(t_w-t_f)$ (ak t_w > t_f)

resp.

$\dot{Q}=\alpha A(t_f-t_w)$ (ak t_f > t_w)

kde $\dot{Q}$ je tepelný tok (t.j. teplo prevedené danou plochou za jednotku času), α je súčiniteľ prestupu tepla, A je plocha povrchu steny, ktorej sa dotýka sledovaná tekutina, t_w je teplota na povrchu steny (teda na fázovom rozhraní), t_f je teplota v jadre tekutiny (teda v hlavnom prúde tekutiny - vysvetlenie pojmu pozri v článku prestup tepla).

Hodnota súčiniteľa prestupu tepla závisí od fyzikálnych vlastností tekutiny, od hydrodynamických podmienok a geometrických charakteristík systému. V praxi sa počíta podľa vzorca α = (λ.Nu)/l, pričom λ je súčiniteľ tepelnej vodivosti, Nu je tzv. Nusseltovo kritérium (Nusseltovo číslo) a l je charakteristický geometrický rozmer systému. Vzorec Nusseltovho kritéria je uvedený v tabuľkách v rôznych podobách v závislosti od konkrétnych podmienok (napr. jeden vzorec Nusseltovho kritéria platí pre nútené obtekanie jednotlivej rúrky kolmo na os). Podrobnosti pozri v článku súčiniteľ prestupu tepla.

Vyjadrenie pomocou hustoty tepelného toku

Namiesto pomocou tepelného toku ($\dot{Q}$) možno Newtonov zákon ochladzovania vyjadriť pomocou hustoty tepelného toku ($q=\dot{Q}/A$), čiže:

$q=\alpha (t_w-t_f)$, resp. $q=\alpha (t_f-t_w)$.

Vyjadrenie pomocou tepelného odporu tekutiny

Namiesto pomocou súčiniteľa prestupu tepla (α) možno Newtonov zákon ochladzovania vyjadriť pomocou (celkového) tepelného odporu tekutiny (R = 1/(α.A)), čiže:

$\dot{Q}=\frac{(t_w-t_f)}{R}$, resp. $\dot{Q}=\frac{(t_f-t_w)}{R}$.

Zdroje

• Newtonův ochlazovací zákon. In: Technický slovník naučný 5 MŠablóna:--O. Praha : Encyklopedický dům, 2003. ISBN 80-7335-080-7. S.283-284.
• Šablóna:Citácia knihy
• Šablóna:Citácia knihy
• Šablóna:Citácia knihy
• Šablóna:Citácia knihy