Lista de Exercícios Resolvidos de Escoamento sobre um Cilindro

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(Adaptada) Um tubo circular, com diâmetro externo de 25   m m , é colocado em uma corrente de ar a 25 ° C e 1   a t m de pressão. O ar está em escoamento cruzado em relação ao tubo com uma velocidade de 15   m / s , enquanto a superfície externa do tubo é mantida a 100 ° C .

Qual é a taxa de transferência de calor saindo do tubo por unidade de comprimento?

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(Adaptado) Um anemômetro de fio quente feito de platina é operado no modo de temperatura constante para medir a velocidade de um escoamento de hélio. O diâmetro do fio é de 20 micrometros, seu comprimento é de 5   m m e a temperatura de operação é 90 ° C .

Calcule a taxa de calor considerando uma corrente de hélio a 20 ° C e 10   m / s .

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(Adaptada) Uma linha de alta tensão, com 25   m m de diâmetro, possui uma resistência elétrica 10 - 4   Ω / m e está transmitindo uma corrente de 1000   A .

Se ar ambiente a 10 ° C e 5   m / s , encontra-se em escoamento cruzado sobrea a linha, qual é a temperatura da sua superfície?

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Um fio metálico fino com diâmetro D está posicionado transversalmente a uma passagem para determinar a velocidade do escoamento a partir de características da transferência de calor.

Uma corrente elétrica é passada através do fio para aquecê-lo e o calor é dissipado por convecção para o fluido em escoamento. A resistência elétrica do fio é determinada por medidas elétricas e sua temperatura é conhecida a partir desta resistência.

a Para um fluido com número de Prandtl arbitrário, desenvolva uma expressão para a sua velocidade em termos da diferença entre a temperatura do fio e a temperatura da corrente livre do fluido.

b Qual é a velocidade de uma corrente de ar a 1   a t m e 25 ° C , se um fio com 0,5   m m de diâmetro atinge uma temperatura de 40 ° C enquanto dissipa 35   W / m ?

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Para melhorar a dissipação térmica em um chip de silício, quadrado com W = 4   m m , um pino de cobre é fundido à superfície do chip. O comprimento e o diâmetro do pino são L = 12   m m e D = 2   m m , respectivamente, e ar atmosférico a V = 10   m / s e T ∞ = 300   K está em escoamento cruzado em relação ao pino.

A superfície do chip, e portanto a base do pino, é mantida a uma temperatura de T b = 350   K .

a Supondo que o chip cause um efeito desprezível sobre o escoamento ao redor do pino, qual é o coeficiente convectivo médio na superfície do pino?

b Desprezando a radiação e supondo que o coeficiente convectivo na extremidade do pino seja igual ao calculado na parta a , determine a taxa de transferência de calor no pino.

c Desprezando a radiação e supondo que o coeficiente de transferência de calor na superfície exposta do chip seja igual ao calculado na parte a , determine a taxa total de transferência de calor saindo do chip.

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Componentes eletrônicos cilíndricos com 0,3   c m de diâmetro e 1,8   c m de comprimento e que geram calor a uma taxa de 0,4 W , montados sobre uma placa de circuito impresso, são resfriados com ar escoando sobre eles com uma velocidade de 240   m / m i n .

Se a temperatura do ar é de 35 ° C , determine a temperatura da superfície dos componentes.

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Suponha que você tenha uma escolha entre duas aletas pino. Uma possui uma área de seção reta quadrada com 1,5   m m de lado e 1,8   c m de altura e outra possui uma área de seção reta circular com 2   m m de diâmetro e 2 c m de altura.

Ambas são construídas de alumínio puro (propriedades à 300   K ). Em torno de cada aleta existe um ar circulando em velocidade de 25   m / s e temperatura de temperatura do meio é 21 ° C .

Assuma que o ar possui propriedades constantes e iguais a seu valor a 300 K. A base da aleta está a 55 ° C . Qual dessas terá a melhor relação (mais favorável em termos térmicos) de taxa de transferência de calor por peso de material para compor a aleta?

Despreze eventuais efeitos de convecção natural.

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Considere um tanque de água quente de 50   c m de diâmetro e 95   c m de comprimento. O reservatório é colocado sobre o telhado de uma casa. A água dentro do tanque é aquecida a 80 ° C por um coletor solar de uma placa plana durante o dia.

O reservatório é então exposto ao ar a 18 ° C com vento a uma velocidade média de 40   k m / h durante a noite.

Estime a temperatura do reservatório durante um período de 45   m i n u t o s . Assuma que a superfície do tanque esteja na mesma temperatura que a água no interior e o coeficiente de transferência de calor nas superfícies superior e inferior seja o mesmo das superfícies laterais.

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