Il coefficiente di scambio termico si definisce dividendo il flusso termico a parete per una differenza di temperatura. La differenza di temperatura al denominatore è scelta, non misurata — e quando la scelta cambia, cambia h mentre la fisica no.
Tre scelte comuni
Temperatura della corrente indisturbata. Naturale nel flusso esterno: la temperatura del flusso indisturbato lontano dal corpo.
Temperatura di miscela (bulk). Corretta per il flusso interno: la temperatura media pesata sulla massa in quella sezione. È la scelta standard per tubi e condotti, e varia lungo l'asse.
Temperatura della cella adiacente. Quella che i solutori usano talvolta per difetto. Dipende dalla griglia: cambiate la dimensione della cella e h cambia. In questa forma non è utilizzabile per un confronto di materiali o di progetti.
Perché conta
Se una relazione dice «h = 45 W/m²K» senza dichiarare il riferimento, quel numero non è confrontabile con un altro studio. Sullo stesso problema le tre definizioni possono dare valori che differiscono di un fattore — in particolare nella regione d'imbocco e dopo la separazione.
Locale o mediato
È la seconda fonte di ambiguità. Un h mediato sulla superficie nasconde il punto caldo. Sotto un getto impattante l'h locale al centro è parecchie volte la media. Se il criterio di accettazione è il punto caldo, lavorare con un h medio sposta il risultato dal lato non sicuro, non da quello sicuro.
La conseguenza pratica
Risolvere il fluido anziché fornire h come dato d'ingresso elimina proprio questa ambiguità. Si veda la nota sullo scambio termico coniugato.
Se h finisce in una relazione, tre cose vanno con esso: la definizione della temperatura di riferimento, se è locale o mediato, e la superficie su cui è stato mediato.
Riferimenti
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605
- Churchill, S. W. & Chu, H. H. S. (1975). Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer, 18(11), 1323–1329. DOI: 10.1016/0017-9310(75)90243-4