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Transferência de calor

Storyboard

O calor é conduzido dentro de um meio até a interface com outro meio. Entre os dois, o calor é transferido com base na diferença de temperatura entre os meios, na superfície de contato e em uma constante de transferência térmica. Quando um dos meios é um gás (por exemplo, ar) ou um líquido (por exemplo, água), a constante de transferência térmica depende da estrutura da interface e da velocidade de fluxo do meio gasoso ou líquido.

>Modelo

ID:(776, 0)

Mecanismos

Descrição

<druyd>mechanisms</druyd>

ID:(15276, 0)

Dependência da transferência de calor da geometria para o condutor

Descrição

ID:(15237, 0)

Cálculo da transmissão de calor ao condutor

Descrição

ID:(15238, 0)

Dependência da transferência de calor na geometria do condutor

Descrição

ID:(15239, 0)

Transferência de calor do condutor

Descrição

ID:(15240, 0)

Transferência de calor de e para o condutor

Descrição

ID:(15123, 0)

Transporte de calor

Descrição

O sistema básico inclui uma transferência gerada por <var>10161</var>, que consiste de <var>10166</var>, <var>10165</var> e <var>10167</var>. Portanto: <druyd>equation=15115</druyd> Com <var>10178</var> sendo responsável pela transferência entre o interior e o condutor, utilizando <var>10163</var>: <druyd>equation=15113</druyd> A condução envolve <var>5204</var> e <var>5206</var>: <druyd>equation=7712</druyd> E a transferência do condutor para o exterior, com <var>10162</var>, é representada por: <druyd>equation=15114</druyd> Tudo isso é representado graficamente por: <druyd>image</druyd>

ID:(7723, 0)

Dependência do coeficiente de transferência da velocidade do meio

Descrição

ID:(3620, 0)

Modelo

Descrição

<druyd>model</druyd>

ID:(15335, 0)

Transferência de calor

Descrição

Variáveis

Símbolo

Texto

Variáve

Valor

Unidades

Calcular

Valeur MKS

Unidades MKS

$dQ$

Calor transportado

$\alpha_{gv}$

alpha_gv

Coeficiente de transmissão em gases, dependente da velocidade

W/m^2K

$\alpha_{g0}$

alpha_g0

Coeficiente de transmissão em gases, independente da velocidade

W/m^2K

$\alpha_{wv}$

alpha_wv

Coeficiente de transmissão em líquido, dependente da velocidade

W/m^2K

$\alpha_{w0}$

alpha_w0

Coeficiente de transmissão em líquido, independente da velocidade

W/m^2K

$\alpha_e$

alpha_e

Coeficiente de transmissão externa

W/m^2K

$v_{g0}$

v_g0

Coeficiente de transmissão fator de velocidade do gás

m/s

$v_{w0}$

v_w0

Coeficiente de transmissão fator de velocidade do líquido

m/s

$\alpha_i$

alpha_i

Coeficiente de transmissão interna

W/m^2K

$L$

Comprimento do conductor

$\lambda$

lambda

Condutividade térmica

W/m K

$\Delta T$

Diferença de temperatura

$\Delta T_e$

DT_e

Diferença de temperatura na interface externa

$\Delta T_i$

DT_i

Diferença de temperatura na interface interna

$\Delta T_0$

DT_0

Diferença de temperatura no condutor

$S$

Seção

m^2

$q$

Taxa de fluxo de calor

W/m^2

$T_{es}$

T_es

Temperatura da superfície externa

$T_{is}$

T_is

Temperatura da superfície interna

$T_e$

T_e

Temperatura externa

$T_i$

T_i

Temperatura interna

$dt$

Variação de tempo

$v_m$

v_m

Velocidade média

m/s

Cálculos

Equação

Primeiro, selecione a equação:

para

, depois, selecione a variável:

para

Símbolo

Equação

Resolvido

Traduzido

Cálculos

Símbolo

Equação

Resolvido

Traduzido

Variáve

Dado

Calcular

Objetivo :

Equação

A ser usado

Equações

$ q \equiv \displaystyle\frac{1}{ S }\displaystyle\frac{ dQ }{ dt }$

q = dQ /( S * dt )

(ID 3482)

$ q = \displaystyle\frac{ \lambda }{ L } \Delta T_0 $

q = lambda * DT_0 / L

(ID 7712)

$ \alpha_{wv} = \alpha_{w0} \left(1+\sqrt{\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{w0} }}\right)$

alpha_wv = alpha_w0 * (1+sqrt( v_m / v_w0 ))

(ID 7714)

$ \alpha_{gv} = \alpha_{g0} \left(1+\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{g0} }\right)$

alpha_gv = alpha_g0 * (1+ v_m / v_g0 )

(ID 7715)

$ q = \alpha_i \Delta T_i $

q = alpha_i * DT_i

(ID 15113)

$ q = \alpha_e \Delta T_e $

q = alpha_e * DT_e

(ID 15114)

$ \Delta T = \Delta T_i + \Delta T_0 + \Delta T_e $

DT = DT_i + DT_0 + DT_e

(ID 15115)

$ \Delta T_i = T_i - T_{is} $

DT_i = T_i - T_is

(ID 15117)

$ \Delta T_e = T_{es} - T_e $

DT_e = T_es - T_e

(ID 15118)

$ \Delta T_0 = T_{is} - T_{es} $

DT_0 = T_is - T_es

(ID 15120)

Exemplos

Simula o da Transfer ncia de Calor

Considere um volume onde part culas colidem com as paredes a uma velocidade que representa a sua temperatura. Sempre que atingem uma grelha central, colidem com os tomos de um s lido, fazendo-os oscilar. Essa oscila o propaga-se atrav s do s lido at atingir a extremidade oposta, onde a energia transferida para o g s por meio de novas colis es. <druyd>simulation</druyd> Experimenta o: Pode-se ajustar a velocidade das part culas nas caixas laterais e observar como a energia transferida para o s lido e, a seguir, para o g s do lado oposto.

(ID 15276)

Depend ncia da transfer ncia de calor da geometria para o condutor

O principal impulsionador da transfer ncia de calor de um meio para um condutor a diferen a de temperatura. No meio <var>5208</var>, as part culas t m mais energia e, ao colidirem com as do condutor a <var>5212,1</var>, tendem a aumentar a energia deste ltimo. Essa intera o pode ser representada da seguinte forma: <druyd>image</druyd> Al m da temperatura em si, o fluxo de calor depende de <var>10166</var>: <druyd>equation=15117</druyd> Outro fator fundamental o n mero de tomos aos quais a amplitude de oscila o pode ser aumentada, o que depende de <var>5205</var>. Por fim, devemos considerar as propriedades da superf cie, descritas por <var>10163</var>, que corresponde rela o entre o calor transmitido, a rea superficial, a diferen a de temperatura e o tempo decorrido: <druyd>image</druyd>

(ID 15237)

C lculo da transmiss o de calor ao condutor

Dessa maneira, estabelecemos uma rela o que nos permite calcular <var>10178</var> com base em <var>10166</var> e <var>10163</var>: <druyd>image</druyd> Isso pode ser expresso matematicamente da seguinte forma: <druyd>equation=15113</druyd>

(ID 15238)

Depend ncia da transfer ncia de calor na geometria do condutor

O principal impulsionador da transfer ncia de calor de um condutor para um meio a diferen a de temperatura. Quando <var>5214</var>, as part culas t m mais energia e oscilam com uma amplitude maior ao interagirem com os tomos e mol culas do meio a <var>5207,1</var>. Isso tende a aumentar a energia destes ltimos. Essa intera o pode ser representada da seguinte forma: <druyd>image</druyd> Al m da temperatura, o fluxo de calor depende de <var>10167</var>. <druyd>equation=15118</druyd> Outro fator fundamental o n mero de tomos que podem ter aumentada a sua amplitude de oscila o, o que depende de <var>5205</var>. Por fim, devemos considerar as propriedades superficiais, representadas por <var>10162</var>, que correspondem rela o entre o calor transmitido, a rea superficial, a diferen a de temperatura e o tempo decorrido: <druyd>image</druyd>

(ID 15239)

Transfer ncia de calor do condutor

Dessa forma, estabelecemos uma rela o que nos permite calcular <var>10178</var> com base em <var>10167</var> e <var>10162</var>: <druyd>image</druyd> Isso pode ser expresso matematicamente da seguinte maneira: <druyd>equation=15114</druyd>

(ID 15240)

Transfer ncia de calor de e para o condutor

A primeira descri o do modelo de transmiss o de calor na interface entre dois meios foi desenvolvida por Thomas Graham Balfour [1]. Sua teoria sugere que a taxa de calor transmitido depende da diferen a de temperatura e de uma constante espec fica da interface. Quando o calor transferido para o condutor, representado por <var>10178</var> juntamente com <var>10163</var> e <var>10166</var>, a rela o expressa pela seguinte equa o: <druyd>equation=15113</druyd> No caso de o calor passar do condutor, identificado por <var>10178</var> com <var>10162</var> e <var>10167</var>, a rela o especificada como: <druyd>equation=15114</druyd> <img src='/static/icons/pub20.png' /> [1] "The Theory of Heat" (A Teoria do Calor), Thomas Graham Balfour, 1876.

(ID 15123)

Transporte de calor

O sistema b sico inclui uma transfer ncia gerada por <var>10161</var>, que consiste de <var>10166</var>, <var>10165</var> e <var>10167</var>. Portanto: <druyd>equation=15115</druyd> Com <var>10178</var> sendo respons vel pela transfer ncia entre o interior e o condutor, utilizando <var>10163</var>: <druyd>equation=15113</druyd> A condu o envolve <var>5204</var> e <var>5206</var>: <druyd>equation=7712</druyd> E a transfer ncia do condutor para o exterior, com <var>10162</var>, representada por: <druyd>equation=15114</druyd> Tudo isso representado graficamente por: <druyd>image</druyd>

(ID 7723)

Depend ncia do coeficiente de transfer ncia da velocidade do meio

Um dos efeitos da transfer ncia de calor de um condutor para um meio externo o aquecimento do meio pr ximo interface, criando uma zona de interfer ncia na transmiss o. Isso diminui a efici ncia da transfer ncia e tende a formar uma camada isolante que reduz o fluxo de energia. No entanto, esse efeito pode mudar na presen a de vento. O vento pode remover a camada de tomos e mol culas em alta temperatura, aumentando a efici ncia da transfer ncia de calor. Isso indica que <var>5209</var> influenciado por <var>5250</var> [1,2]: <druyd>image</druyd> Nesse contexto, modelamos a rela o com base em <var>9844,0</var> e um fator de refer ncia de <var>9846</var>. A rela o matem tica que descreve esse fen meno para um g s com <var>8180</var>, <var>5250</var>, <var>8181</var> e <var>8183</var> : <druyd>equation=7715</druyd> E para um l quido com <var>5211</var>, <var>5250</var>, <var>5210</var> e <var>7719</var>: <druyd>equation=7714</druyd> Isso demonstra como o vento pode influenciar significativamente a efici ncia da transfer ncia de calor entre um condutor e um meio externo. <img src='/static/icons/pub20.png' /> [1] " ber Fl ssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung" (Sobre o Movimento de Fluidos com Muito Pouca Fric o), Ludwig Prandtl, 1904 <img src='/static/icons/pub20.png' /> [2] "Die Abh ngigkeit der W rme bergangszahl von der Rohrl nge" (A Depend ncia do Coeficiente de Transfer ncia de Calor com o Comprimento da Tubula o), Wilhelm Nusselt, 1910

(ID 3620)

Modelo

<druyd>model</druyd>

(ID 15335)

Diferen a de temperatura m dia para condutor

<var>10166</var> calculado subtraindo <var>5212</var> de <var>5208</var>: <druyd>kyon</druyd>

(ID 15117)

Condutor de diferen a de temperatura para m dio

<var>10167</var> calculado subtraindo <var>5214</var> de <var>5207</var>: <druyd>kyon</druyd>

(ID 15118)

Diferen a de temperatura de superf cie

No caso de um s lido e de maneira semelhante para um l quido, podemos descrever o sistema como uma estrutura de tomos ligados por algo que se comporta como uma mola. Quando ambas as extremidades t m temperaturas de <var>10165,1</var>, com <var>5212</var> e <var>5214</var>: <druyd>kyon</druyd>

(ID 15120)

Varia o total de temperatura

No processo de transfer ncia de calor, a temperatura diminui gradualmente do sistema com a maior temperatura (interno) para o sistema com a menor temperatura (externo). Nesse processo, primeiro diminui da temperatura m dia interna para <var>10166</var>, depois para <var>10165</var> e finalmente para <var>10167</var>. A soma dessas tr s varia es equivale queda total, ou seja, <var>10161</var>, como mostrado abaixo: <druyd>kyon</druyd>

(ID 15115)

Fluxo de calor

O <var>10178</var> definido com base em <var>10159</var> passando por <var>5205</var> em <var>10160</var>: <druyd>kyon</druyd>

(ID 3482)

C lculo da transmiss o de calor ao condutor

Dessa maneira, estabelecemos uma rela o que nos permite calcular <var>10178</var> com base em <var>10166</var> e <var>10163</var>: <druyd>kyon</druyd>

(ID 15113)

C lculo da transfer ncia de calor do condutor

Dessa forma, estabelecemos uma rela o que nos permite calcular <var>10178</var> com base em <var>10167</var> e <var>10162</var>: <druyd>kyon</druyd>

(ID 15114)

C lculo da condu o de calor

(ID 7712)

Constante de transfer ncia de calor l quido

Se um meio est se deslocando com uma constante de <var>5211</var> e <var>5250</var> igual a <druyd>kyon</druyd> onde <var>5210</var> representa o caso em que o meio n o est se deslocando, e <var>7719</var> a velocidade de refer ncia. A constante de transfer ncia t rmica do material para o caso de um l quido em repouso igual a $340 J/m^2sK$, enquanto a velocidade de refer ncia de $0,0278 m/s$.

(ID 7714)

Constante de transfer ncia de calor de g s

No caso de um meio se deslocar com uma constante de <var>5250,1</var> e <var>8180</var> ser igual a <druyd>kyon</druyd> onde <var>8181</var> representa a situa o em que o meio n o se desloca e <var>8183</var> a velocidade de refer ncia. A constante de transfer ncia t rmica do material no caso de um g s em repouso igual a $5,6 J/m^2sK$, enquanto a velocidade de refer ncia de $1,41 m/s$.

(ID 7715)

ID:(776, 0)