Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 74
Uma mistura de etilenoglicol e água destilada com fração de massa de e vazão de escoa dentro de um tubo com diâmetro interno de com condição de contorno de fluxo de calor uniforme na parede. Para esse escoamento, determine o número de Nusselt em função da localização para as condições de entrada do tubo boca de sino e reentrante. Compare os resultados das partes e . Considere que o número de Grashof é . As propriedades físicas da mistura de etilenoglicol e água destilada são , e .
Passo 1
Dados fornecidos:
Diâmetro interno do tubo:
Volume de vazão:
Número de Grashof:
Número Prandtl:
Viscosidade cinemática:
Proporção de viscosidades dinâmicas:
Fração de massa é:
Passo 2
Fala galera!!
Para resolver essa questão, podemos começar calculando a área de seção transversal usando a seguinte relação:
Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:
Vamos calcular também a velocidade média do fluxo. Podemos fazer isso usando a seguinte relação:
Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos e calculados, temos:
Com a velocidade média encontrada, podemos calcular o Número de Reynolds da seguinte maneira:
Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos e calculados, temos:
Como o número de Reynolds é maior que , mas menor que , o fluxo está em transição de laminar para turbulento.
Passo 3
Agora vamos encontrar o Número de Nusselt para um fluxo em transição. Para primeiro calculamos o Número de Nusselt para fluxo laminar da seguinte maneira:
Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos e calculados, temos:
Também precisamos calcular o Número de Nusselt para fluxo turbulento. Podemos fazer isso com a seguinte relação:
Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos e calculados, temos:
Passo 4
a) Assim, temos que o Número de Nusselt para fluxo de transição é dado pela seguinte relação:
Onde , e são as constantes da correlação para transferência de calor de transição. Elas podem ser encontradas na Tabela 8-7.
Para abertura da boca do sino, temos que:
Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos e calculados, temos que o número de Nusselt é:
Portanto, o número de Nusselt para a abertura da boca do sino é .
Passo 5
b) Assim, temos que o Número de Nusselt para fluxo de transição é dado pela seguinte relação:
Onde , e são as constantes da correlação para transferência de calor de transição. Elas podem ser encontradas na Tabela 8-7.
Para abertura reentrante, temos que:
Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos e calculados, temos que o número de Nusselt é:
Portanto, o número de Nusselt para a abertura reentrante é .
Passo 6
Para entrada de boca de sino, o número de Nusselt é baixo em comparação com a entrada de reentrante. Isso ocorre devido ao comportamento incomum da camada limite da boca do sino ao longo da parede do tubo, que é inicialmente laminar e depois muda através de uma região de transição para a condição turbulenta.
Resposta
a)
b)