A água que entra a 10^circ C é aquecida a 40^circ C no tubo de 0,02 m DI a uma taxa de massa de 0,01 kg / s. A parte externa do tubo é coberta com um isolante e um elemento de aquecimento elétrico produz um calor uniforme fluxo de 15000 W / m^2 sobre a superficie. Negligenciar qualquer efeito de entrada, determine;
Número de Reynolds;

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem água entrando num tubo a 10°C e sendo aquecida até 40°C. O tubo tem diâmetro interno de 0,02 metros e a água passa com uma taxa de massa de 0,01 kg/s. A parte externa do tubo está isolada e tem um aquecedor que fornece um fluxo de calor de 15000 W/m² na superfície. Nosso objetivo aqui é descobrir o Número de Reynolds, que nos ajuda a entender se o fluxo é laminar ou turbulento. Para isso, vamos precisar das propriedades da água na temperatura média do fluxo e usar a fórmula do Número de Reynolds.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a velocidade da água no tubo. Sabemos que a taxa de massa ( v = dotmrho times A ) é 0,01 kg/s e o diâmetro interno do tubo ( ) é 0,02 m. A densidade da água ( ) a cerca de 25°C (média entre 10°C e 40°C) é aproximadamente 997 kg/m³. A área da seção transversal ( ) do tubo é .
Então, a velocidade ( ) pode ser encontrada por:

Passo 3

Vamos calcular a área da seção transversal:
A = pi times (0,022)^2 = pi times (0,01)^2 = pi times 0,0001 = 0,000314 , m² ²

Passo 4

Agora, calculamos a velocidade da água:
v = 0,01997 times 0,000314 approx 0,010,313 approx 0,032 , m/s

Passo 5

Com a velocidade em mãos, vamos calcular o Número de Reynolds ( Re = rho times v times Dmu ). A fórmula é:
Onde:
  • é a densidade da água (997 kg/m³)
  • é a velocidade (0,032 m/s)
  • é o diâmetro do tubo (0,02 m)
  • é a viscosidade dinâmica da água. A cerca de 25°C, é aproximadamente 0,001 Pa·s

Passo 6

Substituindo os valores na fórmula:
Re = 997 times 0,032 times 0,020,001 = 0,6370,001 = 637

Resposta

O Número de Reynolds é aproximadamente 637, indicando que o fluxo é laminar.

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A água que entra a 10^circ C é aquecida a 40^circ C no tubo de 0,02 m DI a uma taxa de massa de 0,01 kg / s. A parte externa do tubo é coberta com um isolante e um elemento de aquecimento elétrico produz um calor uniforme fluxo de 15000 W / m^2 sobre a superficie. Negligenciar qualquer efeito de entrada, determine;
O coeficiente de transferência de calor;
What force is required to lift a thin wire ring 6 cm in diameter from a water surface at 20^circ C ?