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Lista de Exercícios Resolvidos de Parâmetros Adimensionais

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Ar forçado a T ∞ = 25 ° C e V = 10   m / s é usado para resfriar elementos eletrônicos em uma placa de circuito. Um desses elementos é um chip, que mede 4   m m por 4   m m , localizado a 120   m m da aresta frontal da placa.

Experimentos revelaram que o escoamento sobre a placa é perturbado pelos elementos e que a transferência de calor por convecção é relacionada por uma expressão com a forma

N u x = 0,04 . R e x 0,85 . P r 1 / 3

Estime a temperatura superficial do chip se ele estiver dissipando 30   m W .

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Resultados experimentais para a transferência de calor sobre uma placa plana com superfície extremamente rugosa puderam ser correlacionados por uma expressão com a forma

N u x = 0,04 . R e x 0,9 . P r 1 / 3

Onde N u x é o valor local do número de Nusselt na posição x , medida a partir da aresta frontal da placa.

Obtenha uma expressão para a razão entre os coeficientes de transferência de calor médio h - x e local h x .

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(Adaptada) Foram efetuados experimentos para determinar coeficientes de transferência de calor locais para o escoamento perpendicular a uma longa barra isotérmica de seção transversal retangular. A barra tem largura c , paralela ao escoamento, e altura d , normal ao escoamento.

Para números de Reynolds na faixa de 10 4 ≤ R e d ≤ 5 × 10 4 , os números de Nusselt médios nas superfícies são correlacionados por uma expressão na forma

N u d = h - d k = C . R e d m . P r 1 / 3

Os valores de C e m para a face frontal, faces laterais e face posterior da barra retangular foram determinados e são mostrados a seguir:

Determine o valor do coeficiente de transferência de calor de cada face da superfície exposta em um barra retangular com c = 40   m m e d = 30   m m .

A barra está exposta ao escoamento cruzado de ar com V = 10   m / s e T ∞ = 300   K .

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O desembaçador de pára-brisa de carros funciona jogando ar quente na superfície interna do pára-brisa. Para evitar a condensação de vapor d’água nesta superfície, a temperatura do ar e o coeficiente convectivo na superfície T ∞ , i , h - i devem ser grandes o suficiente para manter uma temperatura na superfície T s , i , que seja, pelo menos, superior ao ponto de orvalho T s , i ≥ T p o .

Considere um pára-brisa com comprimento L = 800   m m e espessura t = 6   m m , e condições de direção nas quais o carro se desloca a uma velocidade V = 70   m p h em um ambiente a T ∞ , o = - 15 ° C .

Com base em experimentos de laboratório efetuados em um modelo do carro, sabe-se que o coeficiente de convecção médio na superfície externa do pára-brisa é correlacionado por uma expressão com a forma

N u - L = 0,03 . R e L 0,8 . P r 1 / 3

, onde R e L = V L / υ .

As propriedades do ar ambiente podem ser aproximadas por k = 0,023   W / m K , υ = 12,5 × 10 - 6   m 2 / s e P r = 0,71 . Se T p o = 10 ° C e T ∞ , i = 50 ° C , qual é o menor valor de h - i requerido para evitar a condensação na superfície interna?

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(Adaptada) Considere o escoamento de ar sobre uma placa plana com comprimento L = 1   m , sob condições nas quais a transição ocorre em x c = 0,5   m baseada em um número de Reynolds críticos de R e x , c = 5 . 10 5 .

a Calculando as propriedades termofísicas do ar a 350   K , determine a velocidade do ar.

b Nas regiões laminar e turbulenta, os coeficientes convectivos locais são, respectivamente,

h l a m x = C l a m x - 0,5

h t u r b x = C t u r b x - 0,2

Onde, em T = 350   K , C l a m = 8,845   / m 3 / 2 K , C t u r b = 49,75   / m 1,8 K e x possui unidade de m .

Desenvolva uma expressão para o coeficiente convectivo médio, h - l a m x , como uma função da distância da aresta frontal, x , para a região laminar, 0 ≤ x ≤ x c .

c Desenvolva uma expressão para o coeficiente convectivo médio, h - t u r b x , como uma função da distância da aresta frontal, x , para a região turbulenta, x c ≤ x ≤ L .

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