Un nombre de Nusselt est le produit d’une comparaison de rapport pour le transfert de chaleur entre deux fluides où le transfert de chaleur par convection est divisé par la conductivité thermique du matériau au repos. Il s’agit d’un nombre sans unité qui fournit essentiellement un taux de comparaison de la vitesse à laquelle la chaleur est transférée entre des matériaux où la convection a lieu, ou un écoulement de gaz ou de liquide, par rapport au transfert de chaleur de base par conduction où peu de mouvement interne de matière se produit. Bien que le nombre de Nusselt soit souvent utilisé pour mesurer le transfert de chaleur dans les fluides, il peut également être utilisé pour comparer les taux de transfert de chaleur par convection et conduction entre les solides par le flux de gaz. La base des comparaisons de transfert de chaleur dans les matériaux a été établie par Ernst Wilhelm Nusselt, un ingénieur en mécanique allemand qui a enseigné à Dresde au début du 20e siècle. Son travail de pionnier en mécanique des fluides à l’époque a donné son nom au nombre de Nusselt.
Une équation de nombre de Nusselt de convection typique est Nu = hL/λ. Nu représente le nombre de Nusselt, h est le coefficient de transfert de chaleur qui peut être mesuré en watts par mètre carré multiplié par la température Kelvin (W/m2K). L est égal à la longueur de la couche limite en mètres d’un matériau où la chaleur est transférée, et lambda (λ) représente la conductivité thermique établie du matériau en watts par mètre Kelvin ou W/mK. La mesure de la chaleur du nombre de Nusselt est une mesure à travers les limites de surface uniquement et est directement liée à la loi de refroidissement de Newton à partir de laquelle le nombre peut également être dérivé.
Lorsque la corrélation de Nusselt est proche d’une valeur de un, cela indique un type de flux de transfert de chaleur connu sous le nom de flux laminaire ou flux de limaces, ce qui indique que très peu de mouvement de fluide a lieu et que la perte de chaleur par conduction est importante. À mesure que les débits augmentent, ils sont décrits comme étant turbulents et peuvent souvent entraîner des valeurs de nombre de Nusselt allant de 100 à 1,000 100. Toute valeur pour un nombre de Nusselt comprise entre 1,000 et XNUMX XNUMX indique que la forme dominante de transfert de chaleur se fait par convection et que la conduction ne joue qu’un rôle mineur. De tels nombres sont des valeurs importantes à connaître dans divers aspects de l’ingénierie, où le transfert de chaleur peut être un trait souhaitable ou indésirable. Un taux de transfert de cylindre à nombre de Nusselt élevé est considéré comme turbulent et une méthode efficace de transfert de chaleur, comme dans l’écoulement de fluide à travers la tuyauterie où peu d’énergie thermique dans le matériau est perdue par conduction vers l’environnement extérieur.