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Fundamentos de convección forzada - Coggle Diagram
Fundamentos de convección forzada
Transferencia de calor en una placa plana con convección forzada en régimen laminar
Como resultado de los efectos viscosos, la velocidad relativa del fluido en la interfase es igual a cero. Por otra parte, esta velocidad aumenta én forma progresiva conforme se incrementa la distancia y, hasta un punto en que las fuerzas viscosas de corte son prácticamente insignificantes. La región próxima a la placa en donde se experimentan los efectos viscosos se conoce como capa límite hidrodinámica
Para una placa plana se establece como criterio de transición para propósitos de análisis el que sea aprox. igual a 5x10^5.Este grupo adimensional de variables que constituye un cociente de fuerzas inerciales a fuerzas viscosas recibe el nombre de número de Reynolds.
Ecuación de Continuidad
∂U/∂x+∂v/∂y=0
Ecuación de Energía
u ∂T/∂x+v ∂T/∂y=v (∂^2T)/(∂y^2) Sus condiciones de frontera correspondientes son: T(x,0)=Ts, T(x,∞)=T∞, T(0,y)=T∞
Conocer la distribución de la temperatura en el fluido es de suma importancia para determinar el coeficiente de transferencia de calor, ya que: hx=(-k∂T/∂y├(y=0))/(Ts-T∞)
Ecuación de Movimiento
u ∂U/∂x+v ∂v/∂y=v (∂^2v)/(∂y^2)
Hay una semejanza entre las ecuaciones de movimiento y energía, ya que la viscosidad cinemática y la difusividad térmica se espera que estas propiedades de transporte tengan una gran influencia en las magnitudes relativas de la transferencia de calor y de la cantidad de movimiento.
Método Integral
H
∞-H=Cp (T∞-T); d/dx×∫(0^ )^Δ〖u(T∞-T)ⅆy〗=α├ ∂T/∂y┤|
(y=0). esta expresión constituye la ecuación integral de la energía
El número de Prandtl es un parámetro que relaciona las magnitudes relativas de la transferencia de cantidad de movimiento y de calor en el fluido. , es decir, asocia los espesores relativos de las capas límite hidrodinámica y térmmica
Transferencia de calor en una placa con convección forzada en régimen turbulento
el cociente de fuerzas viscosas a fuerzas inerciales disminuye conforme aumenta el espesor de la capa límite y el campo de flujo se hace turbulento.
el fluido turbulento posee fluctuaciones irregulares de velocidad sobrepuestas al movimiento principal del fluido precisamente estas fluctuaciones son las principales responsables de la transferencia de calor y de la cantidad de movimiento en este régimen.
El coeficiente de transferencia de calor puede calcularse con facilidad mediante la analogía de Reynolds.
el coeficiente de transferencia de calor disminuye más rápido en el flujo laminar.
Por otra parte, para un valor determinado del número de Reynolds, el coeficiente de transferencia de calor en régimen turbulento es mayor que en régimen laminar.
Transferencia de calor en un ducto circular con redimen laminar donde la densidad de calor es CTE
T=Vmax/4α*∂T/∂x [(r/R)^2-1/4 (r/R)^4 ]+C2. La ec. anterior expresa la variación de la temperatura del fluido como función de la distancia radial r, en una posición X dada.
Fórmulas empíricas para convección forzada en tubos
Régimen Turbulento
Nu=(h ̅D)/K= 0.023Re^0.8 Pr^n
Régimen Laminar
(Nu) ̅=(h ̅D)/k=3.66+.0668(D/L)Pe/(1+0.04[(D/L)]〖^(2∕3)〗)