Reconhecendo que a transferência de calor (massa) por convecção é fortemente influenciada pelas condições associadas ao escoamento do fluido sobre uma superfície, como é que podemos determinar o fluxo térmico (de uma espécie) convectivo aplicandose a lei de Fourier (Fick) no fluido na superfície?
Passo 1
Vamos lá! O enunciado fala sobre transferência de calor ou massa por convecção e como isso é influenciado pelo fluxo do fluido sobre uma superfície. A gente vai precisar entender a lei de Fourier (para calor) ou a lei de Fick (para massa) para determinar o fluxo convectivo térmico na superfície.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar o que é fluxo convectivo. É a quantidade de calor que passa por unidade de área e de tempo devido ao movimento do fluido. É como se o fluido levado pelo vento estivesse transportando calor de um lugar para outro.
Passo 3
Agora, para relacionar isso com a lei de Fourier, que originalmente descreve a condução de calor. A lei de Fourier é dada por:
Aqui, $ q $ é o fluxo de calor, $ k $ é a condutividade térmica e $ \frac{dT}{dx} $ é o gradiente de temperatura.
Passo 4
No caso da convecção, a transferência de calor não é apenas por condução, mas também pelo movimento do fluido. Então, adaptamos a ideia da lei de Fourier para incluir o efeito da velocidade do fluido. Isso nos leva à equação de transferência de calor por convecção:
Onde:
- $ q_{conv} $ é o fluxo convectivo de calor,
- $ h $ é o coeficiente de transferência de calor convectivo,
- $ T_s $ é a temperatura da superfície,
- $ T_{\infty} $ é a temperatura do fluido longe da superfície.
Passo 5
Para determinar $ h $, precisamos considerar as condições do escoamento do fluido, como a velocidade, propriedades do fluido e a geometria da superfície. O coeficiente $ h $ encapsula toda essa influência e pode ser calculado usando correlações específicas dependendo do tipo de escoamento (laminar ou turbulento) e da forma da superfície.
Resposta
Então, o fluxo térmico convectivo pode ser determinado pela fórmula: