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:
q = -k dTdx
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:
qconv = h (Ts - Tinfty)
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:
qconv = h (Ts - Tinfty)

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