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Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Mecânica

Transferência de Calor por Convecção

Pedro Alexandre Moreira Lobarinhas José Carlos Fernandes Teixeira

2004

Índice

1

INTRODUÇÃO
1.1 1.2 1.3 1.4 Significado Físico Camada Limite Escoamento Laminar versus Turbulento Camada Limite Térmica

1 1 4 6 7 9 10 11 12 14 14 16 17 19 20 23 25

2

ESCOAMENTOS SOBRE PLACAS
2.12.2 2.3 Escoamento Laminar Escoamento Turbulento Escoamento Misto

3

ESCOAMENTOS CRUZADOS
3.1 3.2 3.3 Cilindros Esferas Cilindros de secção não-circular

4

ESCOAMENTOS INTERNOS
4.1 4.2 Secções circulares Secções não-circulares

BIBLIOGRAFIA

i

Lista de símbolos

A aE an cp cf dT dx Dh h h∞ k kar kf L M q Q t T T0 Tf Ts Tw T∞ U
. .

Área Condutividade térmica entremateriais Coeficientes do polinómio (de cada termopar) Calor específico Coeficiente de atrito Variação da temperatura Variação do espaço Diâmetro hidráulico Coeficiente de transferência de calor por convecção Coeficiente de transferência de calor por convecção com o meio Condutividade térmica Condutividade térmica do ar Condutividade térmica do fluído intersticial Comprimento Peso molecular Fluxo térmicopor unidade de área Fluxo térmico Tempo Temperatura Temperatura de referência Temperatura do filme Temperatura da superfície Temperatura da parede Temperatura da fronteira livre Velocidade

m2 W/m2K  J/kgK  K m m W/m2K

W/m2K W/m.K W/m.K W/m.K m g.mol W/m2 W s K K K K K K m/s ii

U∞ x, y, z

Velocidade na fronteira livre Coordenadas

m/s 

S ÍMBOLOS G REGOS
α
∂H ∂t Difusividadetérmica Variação da entalpia Intervalo de tempo Espessura da camada limite Espessura da camada limite na posição x Variação da temperatura Viscosidade dinâmica Viscosidade dinâmica para a temperatura do filme Viscosidade dinâmica para a temperatura da parede Viscosidade cinemática Massa volúmica Massa volúmica para a temperatura do filme Tensão de corte m2/s J/kgK s m m K Pa.s Pa.s Pa.s m2/s kg/m3kg/m3 Pa

δ
δx ∆T

µ µf µω ν ρ ρf τ

G RUPOS
Bi Gz Nu Pe Pr Re

ADIMENSIONAIS

Número de Biot Número de Graetz Número de Nusselt Número de Peclet Número de Prandtl Número de Reynolds

     

iii

1.

INTRODUÇÃO

A convecção é a designação utilizada para o mecanismo de transferência de calor por acção de um fluido. A convecção pode ser classificada como natural ouforçada, dependendo do que é que está na origem do escoamento. Na convecção forçada, o fluido é forçado a escoar-se sobre uma superfície ou no interior de uma tubagem, por acção de elementos exteriores como um ventilador ou uma bomba. Na convecção natural o movimento observado é provocado por diferenças nas forças gravíticas (buoyancy effect), que se caracteriza pela ascenção do fluido mais quente e peladescida do mais frio (diferenças de densidade). A convecção pode também ser classificada como externa ou interna, dependendo se o escoamento ocorre sobre uma superficie ou no interior de um canal. Neste capítulo será abordada a convecção forçada, tanto externa como interna.

1.1

SIGNIFICADO FÍSICO

A convecção partilha com a condução o facto de requerer a presença de um meio material paraque possa ocorrer, distinguindo-se desta pelo facto de o meio se escoar. Assim, é possivel dizer que a transferência de calor através de um meio sólido ocorre por condução, enquanto num meio líquido ou gasoso, pode ter lugar por condução ou convecção, dependendo da presença de um escoamento. No caso da existência de um escoamento temos uma situação de convecção e perante a ausencia de movimento dofluido teremos condução. A transferência de calor por convecção é um fenómeno complexo, pelo facto de envolver em simultâneo a transferência de calor e o movimento do fluido. O movimento do fluido em si, pode ser visto como um promutor da transferência de calor, razão pela qual a taxa de transferência de calor de um fluido é superior em convecção do que numa situação de condução pura. Na...
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