✦ HEAT TRANSFER CALCULATOR v1.0

เครื่องคำนวณการถ่ายเทความร้อน

สำหรับนักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์ — คำนวณพร้อมแสดงขั้นตอนและกราฟ
โดย ผศ.ณรงค์ฤทธิ์ อุปพงษ์ และ ผศ.หฤษฎ์ คล่องดี · มหาวิทยาลัยนครพนม· EnergyNPU

กลไกการถ่ายเทความร้อน

โมดูลการคำนวณ

∞

แสดงขั้นตอนการคำนวณ

📊

กราฟ Interactive

โมดูลการคำนวณ

🔥

Conduction

Fourier's Law, แผ่นผนัง, ทรงกระบอก, ครีบ (Fins)

💨

Convection

Newton's Law, Forced & Natural Convection, correlations

☀️

Radiation

Stefan-Boltzmann, Emissivity, Radiation between surfaces

♻️

Heat Exchanger

LMTD Method, ε-NTU Method, Effectiveness

📏

Extended Surfaces (Fins)

Fin efficiency, Temperature distribution, Fin performance

📋

Fluid Properties

ตารางสมบัติของของไหลและวัสดุอ้างอิง

สูตรพื้นฐาน

🔥Fourier's Law

q = −kA (dT/dx)
q: W, k: W/(m·K), A: m², dT/dx: K/m

💨Newton's Law

q = hA(T_s − T_∞)
h: W/(m²·K), A: m², T: K or °C

☀️Stefan-Boltzmann

q = εσA T⁴
σ = 5.67×10⁻⁸ W/(m²·K⁴), T: K

🔥 MODULE 1

Conduction Heat Transfer

คำนวณการนำความร้อนผ่านผนัง ทรงกระบอก และทรงกลม พร้อมแสดงขั้นตอนทีละขั้น

📐Input Parameters

q = kA(T₁−T₂)/L | R = L/(kA)

Thermal Conductivity, k _[W/(m·K)]

Area, A _[m²]

Thickness, L _[m]

Surface Temp T₁ (hot side) _[°C]

Surface Temp T₂ (cold side) _[°C]

Heat Transfer Rate, q

—

Thermal Resistance, R

—

Heat Flux, q″

—

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊Temperature Profile

📊Parametric Study: q vs k

🔘Cylindrical Wall

q = 2πkL(T₁−T₂) / ln(r₂/r₁)
R = ln(r₂/r₁) / (2πkL)

k _[W/(m·K)]

Length, L _[m]

Inner radius, r₁ _[m]

Outer radius, r₂ _[m]

T₁ (inner surface) _[°C]

T₂ (outer surface) _[°C]

Heat Transfer Rate, q

—

R = —

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊Radial Temperature Profile T(r)

🧱Multi-layer Composite Wall

R_total = Σ(Lᵢ/kᵢAᵢ) | q = ΔT_total / R_total

รองรับสูงสุด 3 ชั้นวัสดุ (พร้อม convection boundaries)

h₁ (left convection) _[W/(m²·K)]

T∞₁ (left fluid) _[°C]

Layer A

k_A _[W/(m·K)]

L_A _[m]

Layer B

k_B _[W/(m·K)]

L_B _[m]

Layer C

k_C _[W/(m·K)]

L_C _[m]

h₂ (right convection) _[W/(m²·K)]

T∞₂ (right fluid) _[°C]

Area, A _[m²]

Heat Transfer Rate, q

—

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊Temperature Distribution Through Layers

💨 MODULE 2

Convection Heat Transfer

คำนวณ Forced Convection และ Natural Convection พร้อม Dimensionless Numbers

💨Newton's Law of Cooling

q = hA(T_s − T_∞)

h (convection coefficient) _[W/(m²·K)]

A (surface area) _[m²]

T_s (surface temp) _[°C]

T_∞ (fluid temp) _[°C]

Heat Transfer Rate, q

—

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊q vs ΔT (T_s − T_∞) Relationship

📊q vs h (at fixed ΔT)

🔵Forced Internal Convection (Pipe)

Re = ρVD/μ | Nu = 0.023·Re⁰·⁸·Prⁿ (Dittus-Boelter)
h = Nu·k/D

Pipe inner diameter, D _[m]

Flow velocity, V _[m/s]

Density, ρ _[kg/m³]

Dynamic viscosity, μ _[Pa·s]

Thermal conductivity, k_f _[W/(m·K)]

Prandtl number, Pr _[-]

Heating/Cooling?

Convection Coefficient, h

—

Reynolds, Re

—

Nusselt, Nu

—

Flow Regime

—

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊h vs Velocity (Parametric)

📊Re vs Velocity

🌡️Natural Convection (Vertical Plate)

Ra = Gr·Pr = gβ(T_s−T_∞)L³/(να)
Nu = C·Ra^n | h = Nu·k/L

Plate height, L _[m]

T_s (surface temp) _[°C]

T_∞ (ambient temp) _[°C]

β (thermal expansion) _[1/K]

ν (kinematic viscosity) _[m²/s]

α (thermal diffusivity) _[m²/s]

k_f _[W/(m·K)]

h (natural convection)

—

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊h vs ΔT (Parametric, Natural Convection)

☀️ MODULE 3

Radiation Heat Transfer

Stefan-Boltzmann Law, Blackbody radiation, และการแผ่รังสีระหว่างพื้นผิว

☀️Radiation Calculator

q = εσAT⁴ (Blackbody emission)
q₁₂ = σA₁F₁₂(T₁⁴ − T₂⁴) (Surface exchange)
σ = 5.67×10⁻⁸ W/(m²·K⁴)

Emissivity, ε _[0–1]

Area, A _[m²]

Surface Temperature, T _[°C]

Emission Power, q

—

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊Emission Power vs Temperature

📊Effect of Emissivity on q

♻️ MODULE 4

Heat Exchanger Analysis

คำนวณด้วย LMTD Method และ ε-NTU Method

♻️LMTD Method

LMTD = (ΔT₁ − ΔT₂) / ln(ΔT₁/ΔT₂)
q = U·A·LMTD

Flow Configuration

Hot inlet T_h,in _[°C]

Hot outlet T_h,out _[°C]

Cold inlet T_c,in _[°C]

Cold outlet T_c,out _[°C]

Overall U _[W/(m²·K)]

Area, A _[m²]

Heat Transfer Rate, q

—

LMTD

—

ΔT₁ / ΔT₂

—

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊Temperature Profile Along Exchanger

📐ε-NTU Method

NTU = UA/C_min | C_r = C_min/C_max
ε = q / q_max | q_max = C_min(T_h,in − T_c,in)

HX Type

C_h (hot capacity rate) _[W/K]

C_c (cold capacity rate) _[W/K]

U _[W/(m²·K)]

A _[m²]

T_h,in _[°C]

T_c,in _[°C]

Effectiveness, ε

—

NTU

—

q [W]

—

C_r

—

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊Effectiveness vs NTU

📏 MODULE 5

Extended Surfaces (Fins)

คำนวณประสิทธิภาพและการกระจายอุณหภูมิของ Fins แบบ Uniform Cross-Section

📏Fin Analysis

m = √(hP/kA_c) | θ(x) = θ_b · cosh[m(L−x)]/cosh(mL)
η_f = tanh(mL)/(mL) | q_f = √(hPkA_c)·θ_b·tanh(mL)

Fin shape

Width, W _[m]

Thickness, t _[m]

Length, L _[m]

k (fin material) _[W/(m·K)]

h (convection coeff.) _[W/(m²·K)]

T_b (base temp) _[°C]

T_∞ (ambient) _[°C]

Fin Efficiency, η_f

—

Heat rate, q_f

—

m [1/m]

—

📝 ขั้นตอนการคำนวณ

📊Temperature Distribution Along Fin

📊Fin Efficiency vs mL

📋 REFERENCE

Thermophysical Properties

ตารางสมบัติเทอร์โมฟิสิกส์ของวัสดุและของไหลสำหรับอ้างอิงในการคำนวณ

🧱Thermal Conductivity of Solid Materials (at ~25°C)

Material	k [W/(m·K)]	ρ [kg/m³]	c_p [J/(kg·K)]	α×10⁶ [m²/s]

💧Fluid Properties at 1 atm, 25°C

Fluid	ρ [kg/m³]	μ×10⁶ [Pa·s]	k [W/(m·K)]	Pr [-]	β×10³ [1/K]