tarea receso_fen 15 ii

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FENÓMENOS DE TRANSPORTE (23572)   Grupos J1 y L1 Tarea   Transferencia de cantidad de movimiento y calor 1. Se tiene el flujo de un fluido newtoniano incompresible entre dos cilindros coaxiales como se muestra en la figura. Las superficies de los cilindros interior y exterior se mantienen a una temperatura  y , respectivamente. Se puede esperar que  sea una función exclusiva de . 2. To prevent heat loss from a fluid-filled vessel, it is decided to attach an electrical heater to the outside of the wall, as shown in figure. The passage of a current through the heater material yields a constant rate of energy generation . The inside bulk temperature and heat transfer coefficient are and , respectively. The outside values are  and , where  < . Assume that the steady-state temperature is a function of  only. Calculate the heating rate that is just sufficient to eliminate any heat loss from the inside of the container. 3.  A flat plate at =0 is in contact with a Newtonian fluid, initially at rest, which occupies the space >0. At =0 the place is suddenly set in motion in the  direction at a velocity , and that plate velocity is maintained indefinitely. This problema may be viewed, for example, as representing the early time (or penetration) phase in the start-up of a Couette viscometer. A. Show that the non-dimensional formulation of the problem is (analyze the Navier-Stokes equation): η  + 2η η  = 0 Where = / and =/√ 4νt. Moreover  is a function of . B. Solve the ordinary differential equation and determine the fluid velocity as a function of time and position. For the mathematical solution, associate the boundary conditions with  and .  A medida que el cilindro exter ior gira, cada capa de fluido roza con la capa adyacente. Esta fricción entre capas produce calor; es decir, la energía mecánica se degrada en energía térmica. Cuando esto sucede, la fuente de calor por unidad de volumen se conoce como disipación viscosa ; donde  es la función de disipación para fluidos newtonianos, la cual depende de los gradientes de velocidad presentes en el fluido. Así mismo, no es posible despreciar los efectos de curvatura. Considerando que las propiedades fisicoquímicas del f luido no se alteran con la elevación de la temperatura y permanecen constantes, determine una expresión para el perfil de temperatura. ¿Qué pasaría si las paredes del sistema permanecieran a igual temperatura ? Además, determine la temperatura máxima del sistema en función de los parámetros conocidos.

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FENÓMENOS DE TRANSPORTE (23572)  – Grupos J1 y L1Tarea  – Transferencia de cantidad de movimiento y calor

1. Se tiene el flujo de un fluido newtoniano incompresible entre dos cilindros coaxiales como se muestra en la figura. La

superficies de los cilindros interior y exterior se mantienen a una temperatura  y , respectivamente. Se pued

esperar que  sea una función exclusiva de .

2. To prevent heat loss from a fluid-filled vessel, it is decided to attach an electrical heater to the outside of the wall, ashown in figure. The passage of a current through the heater material yields a constant rate of energy generation The inside bulk temperature and heat transfer coefficient are  and ℎ, respectively. The outside values are  and ℎwhere  < . Assume that the steady-state temperature is a function of  only.

Calculate the heating rate that is just sufficient to eliminate any heat loss from the inside of the container.

3.  A flat plate at =0 is in contact with a Newtonian fluid, initially at rest, which occupies the space >0. At =0 the plais suddenly set in motion in the  direction at a velocity , and that plate velocity is maintained indefinitely. This problem

may be viewed, for example, as representing the early time (or penetration) phase in the start-up of a Couetviscometer.

A. Show that the non-dimensional formulation of the problem is (analyze the Navier-Stokes equation):

η + 2η

η = 0Where =/ and =/√ 4νt. Moreover  is a function of .

B. Solve the ordinary differential equation and determine the fluid velocity as a function of time and position. Fthe mathematical solution, associate the boundary conditions with  and .

 A medida que el cilindro exterior gira, cada capa de fluido roza con la capa

adyacente. Esta fricción entre capas produce calor; es decir, la energía

mecánica se degrada en energía térmica. Cuando esto sucede, la fuente de

calor por unidad de volumen se conoce como disipación viscosa ; donde

 es la función de disipación para fluidos newtonianos, la cual depende de

los gradientes de velocidad presentes en el fluido. Así mismo, no es posible

despreciar los efectos de curvatura.

Considerando que las propiedades fisicoquímicas del fluido no se alteran con

la elevación de la temperatura y permanecen constantes, determine una

expresión para el perfil de temperatura. ¿Qué pasaría si las paredes del

sistema permanecieran a igual temperatura ? Además, determine la

temperatura máxima del sistema en función de los parámetros conocidos.

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C. Plot the velocity profile for different times. Assume that the kinematic viscosity ( ν) is equal to 1 and  is vesmall

4. Figure shows an example of a system with a gas-liquid interface of unknown shape, consisting of a liquid in an ope

container of radius  that is rotated at an angular velocity . If the container is rotated long enough, a steady state

reached in which the liquid is in rigid-body rotation. It is desired to determine the steady-state interfase height, ℎ(assuming that the ambient air is at a constant pressure, . The viscous stress vanishes for rigid-body rotation. Theffects of surface tension will be neglected.

Show that interface height is (¿Newtonian or non-Newtonian fluid?):

ℎ()  = ℎ + (ωR)

2   [

− 12]

 

Where ℎ≡/(2) is the liquid height under static conditions.  is the volume of fluid.

5. Consider the steady-state temperature in a cylindrical wire or radius  that is heated by passage of an electric curre

and cooled by convective heat transfer to the surrounding air. The local heating rate  is assumed to be depende

of position (  = ). For steady conduction in a solid with such a heat source:

= −  

Cylindrical coordinates are the natural choice for this problem. The convection boundary condition at the surface of thwire is the Newton’s law of cooling. For simplicity, assume that ℎ  is independent of position. With , , ℎ  and (ambient temperature) all assumed to be constant. The temperature field is axisymmetric. It is apparent that all of th

physical conditions can be satisfied by a temperature field which depends only on . Determine the temperature as

function of position.

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Ecuación de energía por conducción

  Coordenadas cilíndricas

  = − [1

()

  + 1

  +  ] +  

  Coordenadas esféricas

 = − 1 ()   +   1sin ( sin )   +   1sin   +  

Donde,  es la fuente de calor por unidad de volumen.