Equação de Churchill-Bernstein

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Em tranferência de calor convectiva, a equação de Churchill–Bernstein é usada para estimar a superfície média do número de Nusselt para um cilindro em fluxo cruzado a várias velocidades.[nota 1] A necessidade para a equação resulta da incapacidade de resolver as equações de Navier-Stokes no regime de fluxo turbulento, mesmo para um fluido Newtoniano. Quando os perfis de concentração e temperatura são independentes um do outro, a analogia de transferência massa-calor pode ser empregada. Na analogia de transferência massa-calor, grandezas adimensionais de transferência de calor são substituidas com análogas grandezas adimensionais de transferência de massa.

Esta equação é nomeada em homenagem a S.W. Churchill e M. Bernstein, que introduziram-na em 1977. Esta equação é também chamada correlação Churchill–Bernstein.

Definição de transferência de calor[editar | editar código-fonte]

\overline{\mathrm{Nu}}_D \ = 0.3 + \frac{0.62\mathrm{Re}_D^{1/2}\Pr^{1/3}}{\left[1 + (0.4/\Pr)^{2/3} \, \right]^{1/4} \,}\bigg[1 + \bigg(\frac{\mathrm{Re}_D}{282000} \bigg)^{5/8}\bigg]^{4/5} \quad
\Pr\mathrm{Re}_D \ge 0.2

onde:


A equação de Churchill–Bernstein é válida para uma larga faixa de números de Reynolds e números de Prandtl, assim como o produto dos dois é maior ou igual a 0,2 , como definido acima. A equação de Churchill–Bernstein pode ser usada para qualquer objeto de geometria cilíndrica na qual as camadas limite desenvolvem-se (fluem) livremente, sem restrições impostas por outras superfícies. Propriedades do fluido de fluxo externo livre devem ser avaliados na temperatura de película de maneira a dar conta da variação das propriedades de fluidos em diferentes temperaturas. Não se deve esperar uma precisão muito superior a 20% a partir da equação acima, devido à ampla gama de condições de escoamento que envolvem a equação. A equação de Churchill-Bernstein é uma correlação e não pode ser derivada de princípios da dinâmica dos fluidos. A equação resulta a superfície média do número de Nusselt, o qual é usado para determinar o coeficiente de transferência de calor convectiva médio. A lei de resfriamento de Newton pode ser invocada para determinar a perda ou ganho de calor do objeto, fluido e/ou temperatura de superfícies, e a área do objeto, dependendo de qual informação é conhecida.

Definição de transferência de massa[editar | editar código-fonte]

\mathrm{Sh} = 0.3 + \frac{0.62\mathrm{Re}_D^{1/2}\mathrm{Sc}^{1/3}}{\left[1 + (0.4/\mathrm{Sc})^{2/3} \, \right]^{1/4} \,}\bigg[1 + \bigg(\frac{\mathrm{Re}_D}{282000} \bigg)^{5/8}\bigg]^{4/5} \quad
\mathrm{Sc}\,\mathrm{Re}_D \ge 0.2

onde:

Usando a analogia da transferência de massa-calor, o número de Nusselt é substituido pelo número de Sherwood, e o número de Prandtl é substituido pelo número de Schmidt. As mesmas restrições descritas na definição de transferência de calor são aplicadas à definição de transferência de massa. O número de Sherwood pode ser usado para encontrar-se um coeficiente de transferência de massa global e a lei de difusão de Fick para encontrar perfis de concentração e fluxos de transferência de massa.

Notas[editar | editar código-fonte]

  1. Alguns exemplos de tal sistema pode ser vistos aqui: Cylinder in Cross Flow at Various Velocities Flometrics (1997). Página visitada em 10/07/2007. (em inglês)

Referências[editar | editar código-fonte]

Ver também[editar | editar código-fonte]