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 M – O. Praha : Encyklopedický dům, 2003. ISBN 80-7335-080-7. S.283-284.
• BAFRNEC, Milan; BÁLEŠ, Vladimír; LANGFELDER, Ivan; LONGAUER, Jaroslav. Chemické inžinierstvo. Bratislava : Malé centrum, 1999. 427 s. ISBN 80-967064-3-8. S. 231 - 257.
• KOSSACZKÝ, Elemír; SUROVÝ, Július. Chemické inžinierstvo I.. 3. vyd. Bratislava : Alfa, 1972. S. 250-266.
• HASAL, P. et al.. Chemické inženýrství I.. 2. vyd. Praha : Vysoká škola chemicko-technologická, 2007. ISBN 978-80-7080-002-7. S. 146-147.
• Malá encyklopédia chémie. 3. vyd. Bratislava : Obzor, 1981. 816 s. (Malé encyklopédie vydavateľstva Obzor.) S. 556.