การถ่ายเทความร้อน 3 วิธี
การถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer) เป็นพื้นฐานสำคัญในงานวิศวกรรมเครื่องกล ใช้ในระบบปรับอากาศ, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, และการออกแบบเครื่องจักร
1. การนำความร้อน (Conduction)
การถ่ายเทความร้อนผ่านวัสดุโดยที่โมเลกุลไม่เคลื่อนที่
สูตร Fourier: q = -k × A × (dT/dx)
- q: อัตราการถ่ายเทความร้อน (W)
- k: สัมประสิทธิ์การนำความร้อน (W/m·K)
- A: พื้นที่หน้าตัด (m²)
- dT/dx: ความชันอุณหภูมิ (K/m)
2. การพาความร้อน (Convection)
การถ่ายเทความร้อนผ่านการเคลื่อนที่ของของเหลวหรือก๊าซ
สูตร Newton: q = h × A × (Ts - T∞)
| ประเภท | ค่า h (W/m²·K) | ตัวอย่าง |
|---|---|---|
| อากาศธรรมชาติ | 5 - 25 | ระบายความร้อนทั่วไป |
| อากาศบังคับ | 25 - 250 | พัดลม, ฮีทซิงก์ |
| น้ำธรรมชาติ | 100 - 1,000 | หม้อน้ำ |
| น้ำเดือด | 2,500 - 100,000 | หม้อต้มไอน้ำ |
3. การแผ่รังสี (Radiation)
การถ่ายเทความร้อนผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ต้องอาศัยตัวกลาง
สูตร Stefan-Boltzmann: q = ε × σ × A × (T1⁴ - T2⁴)
- ε: ค่าความดำของวัสดุ (0-1)
- σ: ค่าคงที่ Stefan-Boltzmann (5.67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴)
4. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchanger)
| ประเภท | หลักการทำงาน | ใช้ใน |
|---|---|---|
| Shell & Tube | ของร้อนในท่อ, ของเย็นรอบนอก | โรงงานอุตสาหกรรม |
| Plate Type | แผ่นโลหะบางซ้อนกัน | ระบบปรับอากาศ |
| Finned Tube | ท่อมีครีบระบายความร้อน | แอร์, ตู้เย็น |
5. ฉนวนกันความร้อน
- Fiberglass: k = 0.04 W/m·K
- Polystyrene: k = 0.03 W/m·K
- Polyurethane: k = 0.02 W/m·K
- Aerogel: k = 0.015 W/m·K (ดีที่สุด)
