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O que é Externo x Interno – Número Nusselt – Definição

Externo vs Interno – Número Nusselt – Cálculo do coeficiente de transferência de calor por convecção. Deste ponto de vista, distinguimos: Fluxo Interno, Fluxo Externo. Engenharia Térmica

Classificação dos regimes de fluxo

regime de fluxo também pode ser classificado de acordo com a  geometria de um conduíte  ou área de fluxo. Deste ponto de vista, distinguimos:

Fluxo interno  é um fluxo para o qual o fluido é confinado por uma superfície. O conhecimento detalhado do comportamento dos regimes de fluxo interno é  importante na engenharia , porque os tubos circulares podem suportar altas pressões e, portanto, são usados ​​para transportar líquidos. Por outro lado,  o fluxo externo  é um fluxo no qual as camadas limite se desenvolvem livremente, sem restrições impostas pelas superfícies adjacentes. O conhecimento detalhado do comportamento dos   regimes de fluxo externo é  importante, especialmente em aeronáutica  e  aerodinâmica .

 

Fluxo externo

Na dinâmica de fluidos ,  o fluxo externo  é um fluxo no qual  as camadas limite se  desenvolvem livremente, sem restrições impostas pelas  superfícies adjacentes . Em comparação ao fluxo interno, os fluxos externos apresentam  efeitos altamente viscosos,  confinados a “ camadas limite ” em rápido crescimento na região de entrada ou a camadas finas de cisalhamento ao longo da superfície sólida. Assim, sempre haverá uma região do fluxo fora da camada limite. Nessa região, a velocidade, a temperatura e / ou a concentração não mudam e seus gradientes podem ser negligenciados.

Esse efeito faz com que a  camada limite  se expanda e a espessura da camada limite se relaciona com a viscosidade cinemática do fluido.

Isso é demonstrado na figura a seguir. Longe do corpo, o fluxo é quase invíscido, pode ser definido como o fluxo de um fluido em torno de um corpo que está completamente submerso nele.

Camada limite na placa plana

Fluxo externo – placa plana

número médio de Nusselt em toda a placa é determinado por:

fluxo laminar - placa plana - número nusselt

Essa relação fornece o coeficiente médio de transferência de calor para toda a placa quando o fluxo é laminar sobre toda a placa.

fluxo turbulento - placa plana - número de nusselt

Essa relação fornece o coeficiente médio de transferência de calor para a placa inteira somente quando o fluxo é turbulento sobre a placa inteira ou quando a região de fluxo laminar da placa é muito pequena em relação à região do fluxo turbulento.

Fluxo Interno

Fluxo Interno
Fonte: White Frank M., Mecânica dos Fluidos, McGraw-Hill Education, 7ª edição, fevereiro de 2010, ISBN: 978-0077422417

Na dinâmica de fluidos , o fluxo interno é um fluxo para o qual o fluido é  confinado por uma superfície . O conhecimento detalhado do comportamento dos regimes de fluxo interno é importante na engenharia, porque os tubos circulares podem suportar altas pressões e, portanto, são usados ​​para transportar líquidos. Dutos não circulares são usados ​​para transportar gases de baixa pressão, como ar em sistemas de refrigeração e aquecimento. A configuração do fluxo interno é uma geometria conveniente para fluidos de aquecimento e resfriamento usados ​​em tecnologias de conversão de energia, como  usinas nucleares .

Para  o regime de fluxo interno,  uma  região de entrada  é típica. Nesta região, um fluxo a montante quase inviscido a montante converge e entra no tubo. Para caracterizar esta região, o  comprimento da entrada hidrodinâmica  é introduzido e é aproximadamente igual a:

comprimento hidrodinâmico da entrada

O comprimento máximo de entrada hidrodinâmica, em  Re D, crit  = 2300  ( fluxo laminar ), é L e  = 138d, onde D é o diâmetro do tubo. Esse é o maior comprimento de desenvolvimento possível. Em  escoamento turbulento , as camadas limite crescer mais rapidamente, e L e  é relativamente mais curto. Para qualquer problema,  e  / D  deve ser  verificado  para ver se L e  é insignificante quando comparado ao comprimento do tubo. A uma distância finita da entrada, os efeitos da entrada podem ser negligenciados, porque as camadas de fronteira se fundem e o núcleo invíscido desaparece. O fluxo do tubo é então  totalmente desenvolvido .

Fluxo Laminar Interno – Número de Nusselt

Temperatura constante da superfície

No fluxo laminar em um tubo com temperatura constante da superfície, o fator de atrito e o coeficiente de transferência de calor permanecem constantes na região totalmente desenvolvida.

Fluxo Laminar - Tubo Circular - temperatura

Fluxo de calor de superfície constante

Portanto, para fluxo laminar totalmente desenvolvido em um tubo circular sujeito a constante fluxo de calor na superfície , o número de Nusselt é uma constante. Não há dependência dos números de Reynolds ou Prandtl .

Fluxo Laminar - Tubo Circular - fluxo

Fluxo Turbulento Interno – Número Nusselt

Veja também: Equação de Dittus-Boelter

Para  um fluxo turbulento totalmente desenvolvido (hidrodinamicamente e termicamente)  em um tubo circular liso, o número local de  Nusselt  pode ser obtido a partir da conhecida  equação de Dittus-Boelter . A  equação Dittus® Boelter  é fácil de resolver, mas é menos precisa quando existe uma grande diferença de temperatura no  fluido  e é menos precisa para tubos ásperos (muitas aplicações comerciais), pois é adaptada para tubos lisos.

Equação de Dittus-Boelter - Fórmula

A  correlação de Dittus-Boelter  pode ser usada para diferenças de temperatura pequenas a moderadas, T wall  – T avg , com todas as propriedades avaliadas a uma temperatura média T avg .

Para fluxos caracterizados por grandes variações de propriedades, as correções (por exemplo, um fator de correção de viscosidade  μ / μ de parede ) devem ser levadas em consideração, por exemplo, como recomendam Sieder e Tate .

Cálculo do número de Nusselt usando a equação de Dittus-Boelter

Para um fluxo turbulento totalmente desenvolvido (hidrodinamicamente e termicamente) em um tubo circular liso, o número local de Nusselt pode ser obtido a partir da conhecida equação Dittus® Boelter .

Para calcular o número de Nusselt , precisamos saber:

número de Nusselt para a convecção forçada dentro do canal de combustível é então igual a:

número nusselt - exemplo

 

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.