Convecção forçada sobre cilindros

CONVECÇÃO FORÇADA SOBRE CILINDROS

Transferência de calor entre um cilindro longo e uma corrente de fluido de velocidade uniforme u e temperatura T . A temperatura na superfície do cilindro é constante Ts

a) Ponto de estagnação: corrente de fluido com u=0

b) Aumenta x, a pressão diminui e a camada limite se desenvolve sob a influência de um gradiente de pressão favorável

c) Na distância angular =90º a velocidade é máxima e a pressão mínima

d) Para =180º a velocidade volta a ser zero e a pressão é máxima.

e) Ponto de separação: O encontro das duas correntes provoca o fenômeno da separação ou descolamento da camada limite.

f) Depois do ponto de separação a camada limite se desprende da superfície e forma uma espécie de esteira de fluido na região do escoamento, sendo o mesmo caracterizado pela formação de vórtices e altamente irregular.

1. NÚMERO DE REYNOLDS

O diâmetro D é o comprimento característico.

- Re 1: o escoamento é quase simétrico em torno do diâmetro transversal do cilindro (escoamento ideal). Forças de inércia são despreziveis. Não há descolamento da camada limite. O calor é transmitido apenas por condução. Redemoinhos começam a surgir periodicamente para Re40.

- Re  100: a esteira aumenta e os vórtices, que podem ter um tamanho comparável com D, se separam alternadamente de ambos os lados do cilindro e se estendem a uma distância do cilindro.

- Re<105: a camada limite permanece laminar e o descolamento da camada limite ocorre em uma posição angular de aproximadamente 80º, medidos a partir do escoamento.

- Re>105 : camada limite de transição está presente. O escoamento na camada limite torna-se turbulento enquanto ainda está colado à superfície e o ponto de separação se move em direção à parte posterior em 140.

2. COEFICIENTE DE ATRITO E FORÇA DE ARRASTO

Este processo influi na força de arrasto F que age no cilindro. Esta força terá duas componentes: uma devido à tensão de cisalhamento na camada limite (forças de atrito), e outra devido ao diferencial de pressão na direção do escoamento, que resulta na formação da esteira. O coeficiente de atrito é definido como:

onde A é a área frontal do cilindro A=DL, sendo L o comprimento do cilindro.

O coeficiente de atrito é função de Re.

3. NÚMERO DE NUSSELT E O COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO DE CALOR H

Resultados