stromingswarmteprestaties

Stromingswarmteprestaties beschrijven de effectiviteit van warmteoverdracht die optreedt wanneer een vloeistof of gas langs een oppervlak stroomt. In convectieve systemen wordt de warmteoverdracht vaak uitgedrukt met de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt h, zodat Q = h A (Ts − Tf). De prestaties worden veelal samengevat in dimensieloze grootheden zoals de Nusseltnummer Nu, het Reynoldsgetal Re en het Prandtlgetal Pr. Doel is om bij een gegeven geometrie en vloeistofstroom zoveel mogelijk warmte over te dragen tegen een zo laag mogelijk energieverbruik voor pompen en ventilatoren.

Invloedrijke factoren zijn onder meer het stromingsregime (laminar of turbulent), de vloeistofeigenschappen (thermische geleidbaarheid k, viscositeit μ, soortelijke warmte cp), stroomsnelheid, temperatuur, oppervlaktestructuur en geometrie (buizen, platen, ribben). Turbulente stroming verhoogt Nu en daarmee h, maar gaat gepaard met een hoger drukverlies. Versterkent oppervlaktemateriaal of ribbenstructuur de draagwijdte van het contactoppervlak en bevordert menging in de nabijgelegen grenslaag.

Beoordeling en modellering gebeuren via experimenten en numerieke simulaties. Voor verschillende geometrieën bestaan Nu(Re, Pr) correlaties die de vorm en stromingsomstandigheden integreren. Voor een rechte buis in laminaire volledig ontwikkelde stroming geldt ongeveer Nu ≈ 3,66 bij constante wandtemperatuur; voor turbulente buizen wordt vaak een vorm als Nu = f(Re, Pr) toegepast (bijv. Dittus–Boelter of Gnielinski), binnen hun validiteitsbereiken.

Toepassingen en ontwerp richten zich op warmtewisselaars, koelers voor elektronica, radiatoren in voertuigen en HVAC-systemen. Ontwerpers streven naar een gunstige combinatie van hoge warmteoverdracht en acceptabele drukverliezen door keuze van geometrie, oppervlaktestructuur en stromingsregimes.