Um transistor quadrado de lado
é resfriado por uma matriz de
por
, jatos de gás nitrogênio que saem de bocais circulares com velocidade
, temperatura
e pressão
. Os bocais estão distribuídos uniformemente de forma alinhada com relação ao transistor, tem diametro
e distam do transistor
. Sabendo-se que a temperatura da superficie do transistor não pode ultrapassar
, estime:
O fluxo de calor médio na superfície do transistor:
;
O fluxo de calor médio na superfície do transistor:
Passo 1
Beleza, o enunciado diz que a gente tem um transistor quadrado de lado 60,0 mm que é resfriado por uma matriz 6×6 de jatos de nitrogênio vindo de bocais circulares (diâmetro 2,0 mm), com velocidade de 22,0 m/s, temperatura de –10 °C e pressão 1 atm. O bocal fica a 14,0 mm da superfície. A superfície do transistor não pode passar de 90 °C.
Conteúdo: convecção forçada de jato (impinging jet), correlações de números adimensionais (Reynolds, Prandtl, Nusselt) e cálculo do fluxo de calor médio.
O que precisamos:
Conteúdo: convecção forçada de jato (impinging jet), correlações de números adimensionais (Reynolds, Prandtl, Nusselt) e cálculo do fluxo de calor médio.
O que precisamos:
- Propriedades do nitrogênio (ρ, μ, k, Pr) à temperatura de filme;
- Calcular número de Reynolds do jato;
- Usar correlação de Nusselt para jato de impacto;
- Calcular coeficiente de convecção h;
- Calcular fluxo de calor médio
.
Passo 2
Definir temperatura de filme e arredondar propriedades do gás:
– Temperatura da superfície e do jato
.
– Temperatura de filme aproximada:
– Temperatura da superfície
– Temperatura de filme aproximada:
Propriedades típicas de N₂ a 40 °C:
ρ ≃ 1,25 kg/m³, μ ≃ 1{,}8×10⁻⁵ Pa·s, k ≃ 0{,}026 W/m·K, Pr ≃ 0{,}7.
ρ ≃ 1,25 kg/m³, μ ≃ 1{,}8×10⁻⁵ Pa·s, k ≃ 0{,}026 W/m·K, Pr ≃ 0{,}7.
Passo 3
Calcular o número de Reynolds com base no diâmetro do bocal
e velocidade
:
Passo 4
Usar correlação empírica para jato de impacto (razão
):
Substituindo:
Passo 5
A partir de
, isolamos
:
Passo 6
Finalmente, o fluxo de calor médio na superfície é
Resposta
O fluxo de calor médio estimado é aproximadamente