Seja uma esfera com diâmetro de 20 mm e uma temperatura superficial de
, que está imersa em um fluido a uma temperatura de
e a uma velocidade de
. Calcule a força de arrasto e a taxa de transferência de calor quando o fluido, que está a pressão atmosférica, é:
a amônia;
a amônia;
Passo 1
O enunciado dá uma esfera de diâmetro
com temperatura de superfície
, imersa num escoamento de amônia a
e velocidade
à pressão atmosférica. Pede-se a força de arrasto
e a taxa de transferência de calor por convecção
. Vamos precisar de propriedades termofísicas da amônia no filme a
, calcular o número de Reynolds para avaliar o coeficiente de arrasto e, para calor, usar correlação de Nusselt para esfera.
Passo 2
Determinar propriedades da amônia a
. Usando gás ideal e dados típicos:
densidade
viscosidade dinâmica
,
condutividade térmica ,
capacidade térmica .
Com isso o número de Prandtl é
condutividade térmica
capacidade térmica
Com isso o número de Prandtl é
Passo 3
Calcular o número de Reynolds
Passo 4
Para
, o coeficiente de arrasto de esfera pode ser aproximado por
. Assim a força de arrasto é
onde
. Logo
Passo 5
Para a transferência de calor usamos a correlação de Ranz–Marshall para esfera:
Calculando
O coeficiente de convecção é
A taxa de calor é
Resposta
Força de arrasto:
Taxa de transferência de calor:
Taxa de transferência de calor: