Princípios da Convecção
Por: Evellyn Luiza Figueiredo • 7/3/2022 • Resenha • 2.271 Palavras (10 Páginas) • 66 Visualizações
PRINCÍPIOS E ANÁLISE DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR
CONVECÇÃO
1. O estudo da convecção térmica
Até o presente momento a convecção térmica foi considerada somente para
fornecer as condições de contorno, em problemas onde a superfície de um corpo estava
em contato com um fluido a uma temperatura diferente. Deve ser observado que os
valores do coeficiente de película (h) eram fornecidos diretamente ou calculados pelo
uso da lei de resfriamento de Newton, o que dificilmente ocorrerá na prática.
2. O processo de convecção térmica
Fig.1 - Perfis de velocidade e temperatura na convecção forçada e laminar
Note na Fig.1 que:
a. A velocidade diminui na direção da superfície como resultado das forças de
viscosidade agindo no fluido.
b. Como a velocidade da camada de fluido adjacente (y=0) na parede é zero, a
transferência de calor entre a superfície e a camada de fluido ocorrerá por condução
térmica.
Fig.2 - Perfis de velocidade e temperatura na convecção natural
Note na Fig.2 que:
a. Há uma similaridade entre a convecção natural e forçada.
TÓPICO 5
REFERÊNCIAS: Incropera & DeWittt; Kreith & Bohn; J. P. Holman
2
b. Na convecção forçada a velocidade se aproxima do valor do fluxo livre imposto por
uma força externa, já na convecção natural a velocidade primeiro aumenta e depois
diminui rapidamente, devido a viscosidade. Simultaneamente há uma diminuição lenta
da diferença de massa específica causada pela temperatura, acarretando uma diminuição
da força de empuxo.
Assim, tanto na convecção forçada quanto natural numa análise em regime
permanente:
( ) ∞
=
= −
∂
∂
= = ⇒ κ− hA T T
y
T
q q q A s
0y
c cv f
Observe que:
a. O gradiente de temperatura na superfície
0y
y
T
=
∂
∂
é determinado pela taxa na qual o
fluido mais distante da superfície pode transportar a energia para dentro do fluxo
principal.
b. Então
= κ
∂
∂ →
=
f
0y
f ,V
y
T
.
Do exposto até agora pode-se perceber que:
h = f(campo de velocidade, campo de temperatura, geometria, propriedades do fluido)
Lembre-se que o campo de velocidade na convecção forçada será induzido
artificialmente por um equipamento e na convecção natural será induzido por forças de
empuxo.
3. Métodos de cálculo do coeficiente de película (h)
Há basicamente três métodos disponíveis para a obtenção do h:
1. Análise dimensional e semelhança combinada com experimentos: este método é
matematicamente simples mas depende de dados experimentais e oferece pouca
contribuição à compreensão do mecanismo físico.
2. Soluções matemáticas:
2a. Exatas: faz uso combinado das equações de conservação na forma
diferencial, mas precisa ter conhecimento prévio do mecanismo físico e as soluções
encontradas são só para geometrias simples.
2b. Aproximadas via equação da camada-limite através do método da
integração: faz uso combinado das equações de conservação na forma integral, com as
mesmas restrições da soluções exatas.
2c. Aproximada via analogia entre transferência de calor e momento: faz uso de
modelos estatísticos que embora não representem o mecanismo físico, têm apresentado
resultados satisfatórios.
TÓPICO 5
REFERÊNCIAS: Incropera & DeWittt; Kreith & Bohn; J. P. Holman
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3. Análise numérica: faz uso combinado das equações de conservação na forma
diferencial ou integral com solução obtida por um método numérico, apresenta-se como
um dos
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