CONVECCIÓN FORZADA EN FLUJO INTERNO
Enviado por arcantos145 • 20 de Marzo de 2013 • 1.439 Palabras (6 Páginas) • 550 Visitas
PROBLEMAS TEMA 7. CONVECCIÓN FORZADA EN
FLUJO INTERNO
Consideraciones térmicas y balance de energía
1. (8.12 del Incropera) Considere una varilla cilíndrica de combustible nuclear de longitud L
y diámetro D que está encerrada en un tubo concéntrico. Por la región anular entre la
varilla y el tubo fluye agua presurizada a un flujo másico m& y la superficie exterior del
tubo está bien aislada. Hay generación de calor dentro de la varilla de combustible y se
sabe que la rapidez de generación volumétrica varía senoidalmente con la distancia a lo
largo de la varilla: ) q&(x) = q&
o
sen(πx/L , siendo qo
& [W/m3
] una constante. Se puede
suponer que existe un coeficiente de convección uniforme entre la superficie de la varilla y
el agua.
a) Obtenga expresiones para el flujo de calor local q′′
(x) y para la transferencia total de
calor q de la varilla de combustible al agua.
b) Obtenga una expresión para la variación de la temperatura media del agua a lo largo
del tubo, T
m(x).
c) Obtenga una expresión para la variación de la temperatura superficial de la varilla a lo
largo del tubo, Ts(x). Desarrolle una expresión para la posición x para la que se
maximiza.
Solución: a)
2
;
4
( )
2
o o
D Lq
q
L
x
sen
Dq
q x
& &
=
′′
=
π
; b)
= + −
L
x
mc
D Lq
T x T
p
o
m m ent
π
1 cos
4
( )
2
,
&
&
;
c)
= −
′′
= +
DLh
L
mc
x
h
q x
T x T x
p
s m máx
&
; arctan
( )
( ) ( )
π
.
2. (8.15 del Incropera) Aire atmosférico entra en la sección caliente de un tubo circular con
un flujo de 0,005 kg/s y una temperatura de 20 ºC. El tubo es de diámetro D = 50 mm y
existen condiciones completamente desarrolladas con h = 25 W/m2
·K sobre toda la
longitud L = 3 m.
a) Para el caso de un flujo de calor superficial uniforme, qs
′′
= 1.000 W/m2
, determine la
transferencia total de calor, q, y la temperatura media del aire que sale del tubo, T
m,sal. Transferencia de Calor / Curso 2010-11
Problemas
38
¿Cuál son los valores de las temperaturas superficiales del tubo en la entrada y en la
salida, Ts,ent y Ts,sal? Dibuje la variación con x de T
m y Ts.
b) Si el flujo de calor superficial varía linealmente con x, ) q (x s
′′
= 500x [W/m2
], ¿cuáles
son
...