Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 1
A distribuição de temperaturas no interior de uma camada-limite térmica laminar associada ao escoamento sobre uma placa plana isotérmica é mostrada no esboço. A distribuição de temperaturas mostrada está localizada em .
(a)A placa está sendo aquecida ou resfriada pelo fluido?
(b)Esboce cuidadosamente as distribuições de temperaturas em e . Com base no seu esboço, em qual das três posições em x o fluxo térmico local é maior? Em qual local o fluxo térmico local é menor?
(c)Com o aumento da velocidade na corrente livre, as camadas-limite de velocidade e térmica se tornam mais finas. Cuidadosamente esboce as distribuições de temperaturas em para () uma velocidade baixa na corrente livre e () uma velocidade alta na corrente livre. Com base em seu esboço, qual condição de velocidade irá induzir o maior fluxo térmico convectivo local.
Passo 1
Vamos lá gente!! (a) Como o desenho indica que a temperatura do fluxo livre é maior que a temperatura da superfície, a placa está sendo aquecida pelo fluido. Isto é consistente com o facto de que o fluxo de calor superficial no sentido y positivo é dado pela Eq. 6.3:
Pelo esboço, o gradiente de temperatura é positivo, portanto o fluxo de calor é negativo. A transferência de calor está no sentido y negativo, a placa está sendo aquecida pelo fluido.
Passo 2
(b) Em todos os locais da camada limite, a temperatura deve variar desde Ts na superfície até T∞ no fluxo livre. Esta alteração deve ocorrer dentro da espessura da camada limite térmica, como mostrado no esboço abaixo.
A magnitude do fluxo de calor é proporcional ao gradiente de temperatura na superfície que é mostrado esquematicamente como uma linha tracejada. O gradiente de temperatura é mais acentuado (maior) em x1 onde a camada limite térmica é mais fina e menos acentuada (menor) em x3 onde a camada limite térmica é mais espessa. Portanto, a magnitude do fluxo de calor local é maior em x1 e menor em x3.
Passo 3
(c) À medida que a velocidade do fluxo livre aumenta, a camada limite torna-se mais fina. O gradiente de temperatura, mostrado como a linha tracejada, é mais acentuado para o caso de maior velocidade de fluxo livre. Portanto, o caso de maior velocidade do fluxo livre tem o maior fluxo de calor convectivo.