Um fluido escoa a uma velocidade média de através de um tubo de de comprimento com diâmetro interno de . O calor é uniformemente adicionado ao tubo interno a uma taxa de . Determine o valor do coeficiente de transferência de calor por convecção na saída, o valor de , e o valor de .

a) podemos começar calculando o número de Reynolds para o fluxo usando a seguinte relação:

Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:

Como o número de Reynolds é menor do que , o fluxo é considerado fluxo laminar.

Agora, vamos determinar o número Prandtl usando a seguinte relação:

Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:

Podemos então, calcular os comprimentos térmicos de entrada usando a seguinte relação:

Substituindo os termos da equação pelos dados calculados, temos:

e

Substituindo os termos da equação pelos dados calculados, temos:

Como os comprimentos  e são inferiores comprimento do tubo , temos que o fluxo é laminar e totalmente desenvolvido.

Para um escoamento laminar completamente desenvolvido em um tudo circular submetido a um fluxo de calor constante na superfície, o número de Nusselt é a constante .

Com o número de Nusselt, podemos calcular o coeficiente de transferência de calor da seguinte maneira:

Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:

Portanto, o coeficiente de transferência de calor por convecção na saída é .

b) Pela lei de resfriamento, temos que o fluxo de calor é dado por:

Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:

O valor da diferença de temperatura é .

c) Temos que a área de transferência de calor é a seguinte:

A vazão mássica do fluido é a seguinte:

Onde é a área da seção transversal .

Temos que a taxa de transferência de calor pode ser expressa da seguinte maneira:

Substituindo, temos:

Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:

O valor da diferença de temperatura é .