Qual é o percentual de aumento esperado no coeficiente de transferéncia de calor por conveçạo se a velocidade de um fluido for duplicada, enquanto os outros parametros forem mantidos os mesmos para um fluxo turbulento em um tubo, com condições de fluxo totalmente desenvolvidas?
Passo 1
O enunciado pergunta qual o aumento percentual no coeficiente de transferência de calor por convecção forçada em fluxo turbulento totalmente desenvolvido dentro de um tubo quando se duplica a velocidade do fluido, mantendo os demais parâmetros iguais. O conteúdo envolve correlações empíricas de convecção interna turbulenta, em particular a correlação de Dittus–Boelter.
Passo 2
A correlação de Dittus–Boelter para o número de Nusselt em escoamento interno turbulento é
onde
,
e
é o número de Prandtl.
Passo 3
Como
e as propriedades do fluido
,
,
e o diâmetro
permanecem constantes, temos
Passo 4
Ao duplicar a velocidade
, o coeficiente de convecção varia segundo
Passo 5
Um fator de
corresponde a um aumento de
em relação ao valor inicial.
Resposta
O coeficiente de transferência de calor por convecção aumenta aproximadamente
.