تکان دادن یک کتری در حال جوشیدن و، سرعت افزایش دما

[rohamavation]

آیا تکان دادن یک کتری در حال جوشیدن آب، سرعت افزایش دما را افزایش می دهد؟
آیا انجام این کار برای صرفه جویی در زمان ارزش داره؟
بله، هم زدن به طور کلی باعث افزایش انتقال حرارت و کاهش زمان گرمایش می شود . اما تاثیر آن به سرعت حجمی کتری مربوط نمی شود.لایه مرزی.
هنگامی که آب گرم می شود یک لایه مرزی منتشر (با تعریف ضعیف) در کف ظرف تشکیل می شود. این لایه در دمایی قرار دارد که کمی بالاتر از حجم آب بالای آن است.این امر انتقال گرما از سطح گرم شده را تا حدودی محدود می کند. قانون گرمایش/سرمایش نیوتن:
$\frac{dQ}{dt}=kA(T_{hot}-T_{boundary}),$که در آن $\frac{dQ}{dt}$ مقدار گرمای (وات) منتقل شده از سطح داغ به لایه مرزی در واحد زمان، k ضریب انتقال حرارت، A سطح تماس،$T_{hot}$ دمای کف ظرف و$T_{boundary}$ دمای لایه مرزی
اما هم زدن به طور موثر اثر کاهش ضخامت لایه مرزی و از طریق همگن شدن احتمالاً دمای آن را نیز دارد. اولین اثر در واقع به این معنیه که ما مقدار k را افزایش می دهیم که تأثیر آن روی $\frac{dQ}{dt}$ مستقیم است. و افزایش $\frac{dQ}{dt}$زمان گرمایش کلی را کاهش می دهد.
برای زمان حرارت دادن کمی کاهش یافته، همه چیزهای دیگر برابر هستند، هم زدن/تکان دادن/هم زدن سودمند است (اما مدل سازی کمی اثر دشوار است).
در مکانیک سیالات ضخامت یک لایه مرزی با عدد رینولدز در ارتباط است:
$Re=\frac{vL}{\eta}$جایی که v سرعت سیال است، L طول مشخصه (مانند قطر کتری) و $\eta$ ویسکوزیته سیال است. افزایش اعداد رینولدز (به عنوان مثال افزایش سرعت سیال v) ضخامت لایه مرزی را کاهش می دهد و انتقال حرارت را ارتقا می دهد.
از آنجایی که لایه مرزی اساساً ثابت است، انتقال حرارت در سراسر لایه مرزی اساساً توسط رسانایی انجام می شود (قانون فوریه):
$\frac{dQ}{dt} \approx \kappa A\frac{\Delta T}{\Delta x}$که در آن ΔT اختلاف دما در سراسر لایه مرزی، κ رسانایی گرمایی آب و Δx ضخامت لایه مرزی است. هرچه Δx کوچکتر باشد،$\frac{dQ}{dt}$ بیشتر است.