Escoamento Externo

Escoamento Externo
Equivalente ao capítulo 7 do livro “Fundamentos de Transferência de Calor e Massa”, Incropera & De Witt, 5ª Edição.

Introdução Nesta parte, concentramos a atenção em problemas de convecção forçada – onde a velocidade relativa entre o fluído e a superfície é mantida por meios externos, como bombas, ventiladores, entre outros – a baixa velocidade e sem mudança de fase. O objetivo principal é determinar o coeficiente de convecção para diversas geometrias de escoamento. Já foi visto anteriormente que, pela adimensionalização das equações de camada limite, os coeficientes de convecção local e médio podem ser correlacionados da seguinte maneira:

Para transferência de Calor:

Para transferência de Massa:

Correlações Empíricas Com base em muitos resultados experimentais, verificou-se que:

Onde:
= número de Nusselt médio (adimensional)
Re= número de Reynolds (adimensional)
Pr= número de Prandtl (adimensional)
C, m, n = constantes empíricas que dependem da geometria do problema e do tipo de escoamento.

(13.6)
Escoamento Laminar Apresenta solução analítica da camada limite: (13.7) A espessura da camada limite diminui com o aumento do Rex. Da equação 13.7, temos: (13.8) Das equações 13.6 e 13.7, temos: (13.9)
Escoamento Turbulento (13.10)
Exemplo:
Para L=0.1m, =2.3mm e ReL=106. Da equação 13.10, temos: (13.11) De 13.6 e 13.10, temos: (13.12) Das equações 13.8 e 13.11, verifica-se que, dentro da camada limite, o número de Reynolds está relacionado à espessura da camada limite em cada coordenada x. Fora da camada limite, o número de Reynolds representa a razão entre as forças de inércia (Fi) e as forças viscosas (Fv). Forças de Inércia:

Forças Viscosas:

Razão entre Fi e Fv: (13.13)

Reynolds Crítico O número de Reynolds crítico define Re acima do qual o escoamento deixa de ser laminar e passa a ser