{"id":51053,"date":"2020-01-23T14:30:45","date_gmt":"2020-01-23T13:30:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao\/"},"modified":"2020-01-23T14:32:31","modified_gmt":"2020-01-23T13:32:31","slug":"o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/pt-br\/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao\/","title":{"rendered":"O que \u00e9 o n\u00famero de Nusselt – defini\u00e7\u00e3o"},"content":{"rendered":"
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O n\u00famero de Nusselt \u00e9 um n\u00famero sem dimens\u00e3o, com o nome de um engenheiro alem\u00e3o Wilhelm Nusselt.\u00a0o n\u00famero de Nusselt representa o aprimoramento da transfer\u00eancia de calor atrav\u00e9s de uma camada de fluido como resultado da convec\u00e7\u00e3o.\u00a0Engenharia T\u00e9rmica<\/div>\n<\/div>\n
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N\u00famero Nusselt<\/h2>\n

O\u00a0n\u00famero de Nusselt<\/strong>\u00a0\u00e9 um n\u00famero sem dimens\u00e3o, com o nome de um engenheiro alem\u00e3o Wilhelm Nusselt.\u00a0O\u00a0n\u00famero de Nusselt<\/strong>\u00a0est\u00e1 intimamente relacionado ao\u00a0n\u00famero de P\u00e9clet<\/a>\u00a0e os dois n\u00fameros s\u00e3o usados \u200b\u200bpara descrever a propor\u00e7\u00e3o da\u00a0energia t\u00e9rmica convocada<\/strong>\u00a0para o fluido e a\u00a0energia t\u00e9rmica conduzida<\/strong>\u00a0dentro do fluido.\u00a0O n\u00famero de Nusselt<\/strong>\u00a0\u00e9 igual ao\u00a0gradiente de temperatura<\/strong>\u00a0adimensional\u00a0na superf\u00edcie e fornece uma medida da transfer\u00eancia de calor por convec\u00e7\u00e3o que ocorre na superf\u00edcie.\u00a0O componente condutor \u00e9 medido nas mesmas condi\u00e7\u00f5es da convec\u00e7\u00e3o de calor, mas com um fluido estagnado.\u00a0O\u00a0n\u00famero de Nusselt<\/strong>\u00e9 para a camada limite t\u00e9rmica qual \u00e9 o coeficiente de atrito para a camada limite de velocidade.\u00a0Assim, o n\u00famero de Nusselt \u00e9 definido como:<\/p>\n

\"N\u00famero<\/a><\/p>\n

Onde:<\/p>\n

k\u00a0<\/em><\/strong>f<\/sub><\/em><\/strong>\u00a0\u00e9\u00a0a condutividade t\u00e9rmica<\/strong><\/a>\u00a0do fluido [W \/ mK]\n

L<\/em><\/strong>\u00a0\u00e9 o\u00a0comprimento caracter\u00edstico<\/strong><\/p>\n

h<\/em><\/strong>\u00a0\u00e9 o\u00a0coeficiente de transfer\u00eancia de calor por convec\u00e7\u00e3o<\/strong>\u00a0[W \/ m\u00a02<\/sup>\u00a0.K]\n

Para ilustra\u00e7\u00e3o, considere uma camada fluida de espessura\u00a0L<\/strong>\u00a0e diferen\u00e7a de temperatura\u00a0\u0394T<\/strong>\u00a0.\u00a0A transfer\u00eancia de calor atrav\u00e9s da camada de fluido ser\u00e1 por convec\u00e7\u00e3o quando o fluido envolver algum movimento e por condu\u00e7\u00e3o quando a camada de fluido estiver im\u00f3vel.<\/p>\n

No caso de\u00a0condu\u00e7\u00e3o<\/a>\u00a0, o\u00a0fluxo de calor<\/a>\u00a0pode ser calculado usando\u00a0a lei de condu\u00e7\u00e3o de Fourier<\/a>\u00a0.\u00a0Em caso de convec\u00e7\u00e3o, o fluxo de calor pode ser calculado usando a lei de Newton de resfriamento.\u00a0Tomando a sua propor\u00e7\u00e3o d\u00e1:<\/p>\n

\"n\u00famero<\/a><\/p>\n

A equa\u00e7\u00e3o anterior define o\u00a0n\u00famero de Nusselt<\/strong>\u00a0.\u00a0Portanto, o\u00a0n\u00famero de Nusselt<\/strong>\u00a0representa o aprimoramento da transfer\u00eancia de calor atrav\u00e9s de uma camada de fluido como resultado da\u00a0convec\u00e7\u00e3o relativa \u00e0 condu\u00e7\u00e3o<\/strong>\u00a0atrav\u00e9s da mesma camada de fluido.\u00a0Um\u00a0n\u00famero Nusselt<\/strong>\u00a0de\u00a0Nu = 1<\/strong>\u00a0para uma camada de fluido representa a transfer\u00eancia de calor atrav\u00e9s da camada por\u00a0pura condu\u00e7\u00e3o<\/strong>\u00a0.\u00a0Quanto maior o\u00a0n\u00famero de Nusselt<\/strong>\u00a0, mais eficaz \u00e9 a convec\u00e7\u00e3o.\u00a0Um n\u00famero maior de Nusselt corresponde a uma convec\u00e7\u00e3o mais eficaz, com fluxo turbulento tipicamente na faixa de 100 a 1000.\u00a0Para escoamentos turbulentos, o\u00a0n\u00famero de Nusselt<\/strong>\u00a0geralmente \u00e9 uma fun\u00e7\u00e3o do\u00a0n\u00famero de Reynolds<\/a>\u00a0e daN\u00famero Prandtl<\/a> .<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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N\u00famero de Nusselt para reatores de metais l\u00edquidos<\/span><\/h2>\n

Veja tamb\u00e9m:\u00a0<\/span>N\u00famero Nusselt para reatores de metais l\u00edquidos<\/span><\/a><\/p>\n

Para\u00a0<\/span>metais l\u00edquidos,<\/span><\/strong><\/a>\u00a0o\u00a0<\/span>n\u00famero de Prandtl<\/span><\/strong>\u00a0<\/a>\u00e9 muito pequeno, geralmente na faixa de\u00a0<\/span>0,01 a 0,001.\u00a0<\/span><\/strong>Isso significa que a\u00a0<\/span>difusividade t\u00e9rmica<\/span><\/strong><\/a>\u00a0, que est\u00e1 relacionada \u00e0 taxa de\u00a0<\/span>transfer\u00eancia<\/span><\/strong><\/a>\u00a0de\u00a0calor por condu\u00e7\u00e3o<\/strong><\/a>\u00a0,\u00a0<\/span>domina<\/span><\/strong>\u00a0sem ambiguidade\u00a0.\u00a0Essa difusividade t\u00e9rmica muito alta resulta da condutividade t\u00e9rmica muito alta dos metais, que \u00e9 cerca de 100 vezes maior que a da \u00e1gua.\u00a0O\u00a0<\/span>n\u00famero de Prandtl<\/span><\/strong>\u00a0para s\u00f3dio a uma temperatura de opera\u00e7\u00e3o t\u00edpica nos reatores r\u00e1pidos resfriados a s\u00f3dio \u00e9 de cerca de 0,004.\u00a0Nesse caso, o desenvolvimento da camada limite t\u00e9rmica \u00e9 muito mais r\u00e1pido que o da camada limite de velocidade (\u03b4\u00a0<\/span>t<\/span><\/sub>\u00a0>> \u03b4), e \u00e9 razo\u00e1vel assumir velocidade uniforme ao longo da camada limite t\u00e9rmica.<\/span><\/p>\n

Os coeficientes de transfer\u00eancia de calor para o fluxo de s\u00f3dio atrav\u00e9s do canal de combust\u00edvel s\u00e3o baseados no\u00a0<\/span>n\u00famero de Prandtl<\/span><\/strong>\u00a0e no\u00a0<\/span>n\u00famero de P\u00e9clet<\/span><\/a>\u00a0.\u00a0<\/span><\/strong>A inclina\u00e7\u00e3o do di\u00e2metro (P \/ D) tamb\u00e9m faz muitos c\u00e1lculos de transfer\u00eancia de calor em reatores de metais l\u00edquidos.\u00a0<\/span>As correla\u00e7\u00f5es convectivas de transfer\u00eancia de calor<\/span><\/strong>\u00a0s\u00e3o geralmente apresentadas em termos de\u00a0<\/span>n\u00famero<\/span><\/strong>\u00a0de\u00a0Nusselt versus n\u00famero de P\u00e9clet<\/strong>\u00a0.\u00a0O n\u00famero t\u00edpico de p\u00e9clet para opera\u00e7\u00e3o normal \u00e9 de 150 a 300 nos pacotes de combust\u00edvel.\u00a0Quanto a outros regimes de fluxo, o n\u00famero de Nusselt e uma determinada correla\u00e7\u00e3o podem ser usados \u200b\u200bpara determinar o coeficiente de transfer\u00eancia de calor por convec\u00e7\u00e3o.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Exemplo – N\u00famero de Nusselt – Temperatura da superf\u00edcie do revestimento<\/span><\/h2>\n

\"Convec\u00e7\u00e3o<\/a>O<\/span><\/strong>\u00a0revestimento \u00e9 a camada externa das barras de combust\u00edvel, situada entre o\u00a0<\/span>l\u00edquido de arrefecimento<\/span><\/strong>\u00a0do\u00a0reator<\/strong>\u00a0e o\u00a0<\/span>combust\u00edvel nuclear<\/span><\/strong>\u00a0<\/a>(isto \u00e9,\u00a0<\/span>granulados de combust\u00edvel<\/span><\/strong>\u00a0).\u00a0\u00c9 feito de um material resistente \u00e0 corros\u00e3o com se\u00e7\u00e3o transversal de baixa absor\u00e7\u00e3o para\u00a0<\/span>n\u00eautrons t\u00e9rmicos<\/span><\/a>\u00a0, geralmente\u00a0<\/span>liga de zirc\u00f4nio<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0<\/span>O revestimento<\/span><\/strong>\u00a0evita que produtos de fiss\u00e3o radioativa escapem da matriz de combust\u00edvel para o l\u00edquido de arrefecimento do reator e os contaminem.\u00a0O revestimento constitui uma das barreiras na\u00a0abordagem de\u00a0‘\u00a0<\/span>defesa em profundidade<\/span><\/strong>\u00a0‘; portanto, sua capacidade de\u00a0<\/span>refrigera\u00e7\u00e3o<\/span><\/strong>\u00a0\u00e9 um dos principais aspectos de seguran\u00e7a.<\/span><\/p>\n

Considere o revestimento de combust\u00edvel do raio interno\u00a0<\/span>r\u00a0<\/span><\/strong>Zr, 2<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0= 0,408 cm<\/span><\/strong>\u00a0e raio externo\u00a0<\/span>r\u00a0<\/span><\/strong>Zr, 1<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0= 0,465 cm<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Em compara\u00e7\u00e3o com o pellet de combust\u00edvel, quase n\u00e3o h\u00e1 gera\u00e7\u00e3o de calor no revestimento de combust\u00edvel (o revestimento \u00e9\u00a0<\/span>levemente aquecido pela radia\u00e7\u00e3o<\/span><\/a>\u00a0).\u00a0Todo o calor gerado no combust\u00edvel deve ser transferido por\u00a0<\/span>condu\u00e7\u00e3o<\/span><\/strong><\/a>\u00a0atrav\u00e9s do revestimento e, portanto, a superf\u00edcie interna \u00e9 mais quente que a superf\u00edcie externa.<\/span><\/p>\n

Assuma isso:<\/span><\/p>\n