Calculadora do número de Nusselt

O número de Nusselt é uma medida adimensional da transferência de calor por convecção em relação à condução pura através de uma camada de fluido. Ele é igual ao coeficiente de transferência de calor por convecção multiplicado por um comprimento característico e dividido pela condutividade térmica do fluido. Um valor próximo de um indica que a condução domina na escala de comprimento escolhida, enquanto um valor maior indica que o movimento do fluido intensifica o transporte de energia. É um parâmetro central em trocadores de calor, escoamento em tubos, resfriamento eletrônico, sistemas prediais, equipamentos de processo e análise térmica aerodinâmica. O comprimento característico depende da geometria e da correlação utilizada. No escoamento interno em tubos, costuma ser o diâmetro hidráulico. No escoamento externo sobre uma placa plana, pode ser a distância da borda de ataque ou o comprimento total da placa. Cilindros, esferas, aletas e passagens irregulares têm definições próprias. A mesma convenção de comprimento deve ser usada em Nusselt, Reynolds e nas correlações empíricas; caso contrário, um resultado numericamente plausível pode representar o problema físico errado. O número de Reynolds compara efeitos inerciais e viscosos. Esta calculadora multiplica densidade, velocidade e comprimento característico e divide pela viscosidade dinâmica. Reynolds baixo geralmente corresponde a escoamento laminar ordenado, enquanto valores altos favorecem transição e turbulência, mas os limites exatos dependem da geometria, das perturbações e das condições de contorno. A turbulência normalmente aumenta a mistura e, portanto, a transferência de calor por convecção. O número de Prandtl compara a difusividade de quantidade de movimento com a difusividade térmica. Usando propriedades dinâmicas, é o calor específico multiplicado pela viscosidade dinâmica e dividido pela condutividade térmica. Metais líquidos têm Prandtl muito baixo porque o calor se difunde rapidamente. Gases costumam ficar perto de 0.7, enquanto óleos podem apresentar valores muito maiores. Prandtl influencia as espessuras relativas das camadas-limite de velocidade e temperatura e aparece na maioria das correlações de convecção. Em projetos, os engenheiros geralmente conhecem primeiro geometria, escoamento e propriedades; depois calculam Reynolds e Prandtl e aplicam uma correlação empírica para prever Nusselt. Por fim, obtêm o coeficiente de transferência de calor multiplicando Nusselt pela condutividade e dividindo pelo comprimento. Esta calculadora faz o caminho inverso ao receber o coeficiente como entrada, permitindo avaliação direta e verificações de consistência, além de apresentar os números de escoamento relacionados. As propriedades do fluido variam com a temperatura e, às vezes, com a pressão. Avalie-as na temperatura especificada pela correlação escolhida, frequentemente a temperatura média do fluido ou uma temperatura média de filme entre a superfície e o fluido. Use unidades SI consistentes em todas as entradas. A calculadora não escolhe uma correlação nem considera efeitos de entrada, rugosidade, empuxo, radiação, mudança de fase, variação de propriedades ou comportamento não newtoniano. Use os resultados adimensionais para selecionar e validar uma correlação adequada à geometria e ao regime, comparando as previsões com dados experimentais ou do fabricante quando segurança ou desempenho forem críticos.