Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Mecânica dos Fluidos- Ed: 1º - Capítulo 12.Problemas - Ex. 87
Em um diagrama T-s do escoamento de Rayleigh, o que representam os pontos na linha de Rayleigh?
Passo 1
Essa é uma questão teórica sobre o escoamento de Rayleigh. O escoamento de Rayleigh é o escoamento de um gás ideal através de um duto com área constante que troca de calor. O escoamento é unidimensional (a velocidade do fluido só varia em uma direção), permanente (o escoamento não muda com o tempo) com o atrito entre o tubo e o gás desprezível .
Para estudar escoamento de Rayleigh, usamos um gráfico T-s (temperatura versus entropia) desse escoamento como mostrado abaixo.
A curva do gráfico T-s é chamada de linha de Rayleigh. A questão quer saber o que cada ponto dessa linha significa.
Veremos isso no próximo passo.
Passo 2
Nesse passo vamos explicar o que cada ponto da curva de Rayleigh significa.
Para entender isso melhor, vamos imaginar um escoamento de Rayleigh, no qual um gás ideal entra no duto em um estado inicial (com uma pressão , uma temperatura , uma densidade , uma entropia e um número de Mach ). A figura abaixo ilustra essa situação.
Depois de trocar calor com o ambiente através do duto, o gás sai no estado 2 com uma pressão , uma temperatura , uma densidade , uma entropia e um número de Mach .
Cada estado 1 de entrada do gás gera uma linha de Rayleigh no gráfico T-s.
Além disso, vemos pela figura acima que cada ponto da linha de Rayleigh é uma combinação de valores de temperatura final e entropia final que o gás pode ter. Para cada estado 1 de entrada, existem combinações de e diferentes possíveis para o gás.
Os valores possíveis de e são determinados através da aplicação de três leis: a lei de conservação de energia, a lei de conservação de massa e a lei de conservação de quantidade de movimento.
Resposta
Cada ponto da linha de Rayleigh é uma combinação de valores de temperatura final e entropia final que o gás pode ter. Para cada estado 1 de entrada, existem combinações de e diferentes possíveis para o gás.