Introdução à Fluidodinâmica Computacional

Páginas: 5 (1076 palavras) Publicado: 21 de outubro de 2013

Introdução à Fluodinâmica Computacional


Problema 1: Temperatur máxima de Chip
Um chip de silício é encapsulado de tal modo que, sob condições de regime estacionário, toda a potência por ele dissipada é transferida por convecção para uma corrente de fluido na qual h = 1000W/m².K e T ambiente é 25OC (T8). O chip é separado de um fluido por uma placa de alumínio com 2 mm de espessura. Se aárea da superfície é 100 mm² e a temperatura máxima permitida é 85OC (T1), QUAL A MÁXIMA DISSIPAÇÃO DE POTÊNCIA PERMITIDA NO CHIP?
Resolução





A simulação deste problema de condução de calor no software CFD Studio 1.0, com as superfícies norte e sul adiabáticas.
Perfil de temperatura:


Com a seguinte convergência:


Problema 2: Roupa de bombeiros
Uma roupa de proteção parabombeiros, conhecida como “turnout coat”, é, normalmente, fabricada em três camadas separadas por espaços de ar:
Posição
Material
Espessura (mm)
K(W/m.K)
1
Protetor Térmico
3,5
0,038
2
Ar
1,0
Cond. Ar
3
Barreira Úmida
0,55
0,012
4
Ar
1,0
Cond. Ar
5
Casca(s)
0,8
0,047

Para um ambiente na fase inicial do incêndio, na qual os bombeiros trabalhamfrequentemente, um fluxo radiante de calor no lado exposto às chamas da roupa de proteção é 0,25 W/cm². Qual a temperatura da superfície externa da roupa se a temperatura da superfície interna é 66OC, condição que resultaria em queimaduras no corpo?
Resolução


Obs: Fiz várias tentativas de simulação computacional no software CFD Studio 1.0, sem sucesso. Depois de uma inspeção, descobri que oproblema estava na hora de salvar cada malha com as respectivas propriedades. Desconfio que, no procedimento de unir as malhas de simulação, o comando “Aplica em todos” não serve para o caso de múltiplas malhas. É isso mesmo que está acontecendo? Como soluciono esse tipo problema???

Problema 3: Gradientes de temperatura no resfriamento da esfera ao ar
Considere uma esfera de aço (diâmetro de umapolegada) a 212oF sendo resfriada por ar a 72oF. Tomando como base o número de Biot, pode-se afirmar que os gradientes de temperatura no interior da esfera são desprezíveis em comparação aos gradientes de temperatura na sua superfície? (Dados: k=26 Btu/h ft oF/ h=10 Btu/h ft2 oF).
Resolução


Bi < 0,1  os gradientes de temperatura no interior da esfera são desprezíveis em comparação aosgradientes de temperatura na sua superfície.

Problema 4: Aquecimento das placas em contato com placas de ouro quentes
Foram deixadas em contato 4 placas, 2 de ouro e 2 de para, conforme o esquema a seguir.

Sabendo que o comprimento das placas não deve influenciar no resultado, em quanto tempo toda a prata estará a 100oC? Ignore a influência do ambiente.
Resolução




Problema 5:Resfriamento da esfera ao ar
Avaliar o tempo necessário para se resfriar uma esfera de aço (diâmetro de ½ polegada) de 1000oF a 200oF, utilizando ar a 80oF (h = 20 Btu/h ft2 oF). Propriedades da esfera: r=490lb/ft3, Cp=0,11 Btu/lbm oF e k=25 Btu/h ft oF.
Resolução


Para efeitos de simplificação da simulação, consideramos um cubo de igual volume que a esfera.
Convergência da simulação:


Perfilde temperatura:


Fluxo de calor:


Problema 6: Descongelamento do bife ao ar
Após longas e cansativas horas estudando fenômenos de transporte, o estômago começa a reclamar. Na tentativa de resolver a situação, você tira do congelador um bife com 50 mm de espessura. Quanto tempo você deve aguardar até que ocorra o descongelamento do bife? Vamos fazer de contas que o microondas estáestragado... Suponha que o bife se encontra a -6oC e que o descongelamento se complete quando a temperatura no seu plano intermediário atinge 4oC. A temperatura ambiente é de 23oC, com um coeficiente de transferência de calor por convecção de 10 W/m2K. As propriedades termofísicas do bife são: r=1060 kg/m3, CP=3,52KJ/kg K e k=0,46W/m oC. Despreze o calor de fusão associado à mudança de fase durante o...
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