- Corrente 1: alimentada a
à
, por um tubo de diâmetro 2 cm .
- Corrente 2: alimentada a
à
, por um tubo de diâmetro 2 cm .
Considere que os fluidos têm propriedades de transporte similares e adote:
Pa.s para os cálculos. O misturador em T está conectado em um tubo de diâmetro 5 cm e 5 m de comprimento. Considerando a simulação de sistema por CFD, responda:
- Se o tubo é perfeitamente isolado, qual condição de contorno deve ser usada nas paredes do tubo para solução do balanço de energia?
Considere que os fluidos têm propriedades de transporte similares e adote:
Passo 1
Então, a gente tem duas correntes de fluido entrando em um misturador em “T”. A primeira corrente tem um fluxo de 0,2 L/s a 30°C, e a segunda tem 0,1 L/s a 50°C, ambas passando por tubos de diâmetro 2 cm. Depois do misturador, o fluido segue por um tubo maior de 5 cm de diâmetro e 5 metros de comprimento. A gente precisa descobrir qual condição de contorno usar nas paredes desse tubo maior para resolver o balanço de energia num modelo de CFD, assumindo que o tubo está perfeitamente isolado. Vamos precisar entender sobre balanço de energia, condições de contorno em CFD e o que significa um tubo estar isolado.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é balanço de energia. Em CFD, isso envolve a conservação de energia dentro do sistema. A equação de energia leva em conta a transferência de calor, trabalho e geração de energia dentro do fluido. Para resolver essa equação, é essencial definir como o calor está interagindo com as paredes do tubo.
Passo 3
Agora, sobre as condições de contorno em CFD: elas definem como o fluido e o calor interagem com as fronteiras do domínio que estamos analisando. No caso das paredes do tubo, a condição de contorno para a temperatura pode variar dependendo de como essas paredes estão afetando o calor do sistema.
Passo 4
Quando dizemos que o tubo está “perfeitamente isolado”, isso significa que não há transferência de calor entre o fluido dentro do tubo e o ambiente externo através das paredes. Em termos de balanço de energia, isso implica que não há fluxo de calor atravessando as paredes do tubo.
Passo 5
Em CFD, para representar essa situação de isolamento perfeito, usamos uma condição de contorno que indica que a derivada da temperatura na direção normal à parede é zero. Isso significa que não há gradiente de temperatura no sentido perpendicular à parede, ou seja, $ \frac{\partial T}{\partial n} = 0 $.
Resposta
Para um tubo perfeitamente isolado, a condição de contorno nas paredes deve ser de fluxo de calor nulo, ou seja, $ \frac{\partial T}{\partial n} = 0 $. Isso assegura que não haja transferência de calor através das paredes do tubo durante o balanço de energia.
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123 | 18 | 11 |
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63 | 12 | 14 |
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Dados: Para o gás, .
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