Konvektionskoefficienten

Konvektionskoefficienten, h, er en proportionalitetsfaktor i konvektiv varmeoverførsel. Ifølge Newtons varmeafgivelse beskriver den den varmeflux, der overføres ved grænsefladen mellem en væske eller gas og en overflade: q = h A (T_s − T_∞). Enheden er W/m^2K. h angiver hvor effektivt varme afgives eller tilføres ved kanten af et legeme og varierer med om konvektionen er tvunget (forced) eller naturlig (natural), samt med geometri og flowprofil.

Der findes to hovedkategorier: ekstern konvektion (over en overflade udsat for en strøm) og intern konvektion (inde i kanaler, rør eller hulrum). Koeficienten afhænger af fluidets egenskaber (termisk ledningsevne k, dynamisk viskositet μ, densitet ρ og Prandtl-tal Pr), strømningsparametre (Reynolds-tal Re og Grashof-tal Gr for naturlig konvektion) samt geometri, orientering, overfladeruhed og tilstedeværelse af ribber eller fiksutstyr.

Typisk bestemmes h ved eksperiment eller ved hjælp af empiriske korrelationer, der giver Nusselt-tal Nu = hL/k, hvor L er en karakteristisk længde og k er væskens termiske ledningsevne. Herefter h = Nu·k/L.

Eksempel korrelationsformer for almindelige geometrier: ekstern konvektion over en flad plade i laminar strømning: Nu_x ≈ 0,664 Re_x^{1/2} Pr^{1/3} (Re_x < ca. 5·10^5). Ekstern turbulent: Nu_x ≈ 0,037 Re_x^{4/5} Pr^{1/3}. Intern konvektion i rør ved fuldt udviklet laminær strømning: Nu ≈ 3,66 (konstant vægtemperatur). Intern turbulent strømning (Dittus–Boelter): Nu = 0,023 Re^{0,8} Pr^{n}, hvor n ≈ 0,4 for opvarmning og ≈ 0,3 for afkøling. Koefficienten varierer med geometri og betingelser. Anvendelsen af h kræver ofte passende korrelationer og målinger for præcis design.