Temperatura de estagnação - Stagnation temperature

Na termodinâmica e na mecânica dos fluidos , a temperatura de estagnação é a temperatura em um ponto de estagnação em um fluxo de fluido. Em um ponto de estagnação, a velocidade do fluido é zero e toda a energia cinética foi convertida em energia interna e é adicionada à entalpia estática local . Tanto no fluxo de fluido compressível quanto no incompressível , a temperatura de estagnação é igual à temperatura total em todos os pontos da linha de fluxo que leva ao ponto de estagnação. Veja a dinâmica do gás .

Derivação

Adiabático

A temperatura de estagnação pode ser derivada da Primeira Lei da Termodinâmica . Aplicando a Equação de Energia de Fluxo Constante e ignorando os termos de trabalho, calor e energia potencial gravitacional, temos:

${\ displaystyle h_ {0} = h + {\ frac {V ^ {2}} {2}} \,}$

Onde:

${\ displaystyle h_ {0} = \,}$ estagnação (ou entalpia total) em um ponto de estagnação

${\ displaystyle h = \,}$ entalpia estática no ponto de interesse ao longo da linha de fluxo de estagnação

${\ displaystyle V = \,}$ velocidade no ponto de interesse ao longo da linha de fluxo de estagnação

Substituindo a entalpia, assumindo uma capacidade de calor específico constante a pressão constante ( ), temos: ${\ displaystyle h = C_ {p} T}$

${\ displaystyle T_ {0} = T + {\ frac {V ^ {2}} {2C_ {p}}} \,}$

ou

${\ displaystyle {\ frac {T_ {0}} {T}} = 1 + {\ frac {\ gamma -1} {2}} M ^ {2} \,}$

Onde:

${\ displaystyle C_ {p} = \,}$ capacidade de calor específico a pressão constante

${\ displaystyle T_ {0} = \,}$ temperatura de estagnação (ou total) em um ponto de estagnação

${\ displaystyle T = \,}$ temperatura (ou temperatura estática) no ponto de interesse ao longo da linha de fluxo de estagnação

${\ displaystyle V = \,}$ velocidade no ponto de interesse ao longo da linha de fluxo de estagnação

${\ displaystyle M = \,}$ Número de Mach no ponto de interesse ao longo da linha de fluxo de estagnação

${\ displaystyle \ gamma = \,}$ Razão de calor específico ( ), ~ 1,4 para ar a ~ 300 K${\ displaystyle C_ {p} / C_ {v}}$

Fluxo com adição de calor

${\ displaystyle h_ {02} = h_ {01} + q}$

${\ displaystyle T_ {02} = T_ {01} + {\ frac {q} {C_ {p}}}}$

q = Calor por unidade de massa adicionada ao sistema

A rigor, a entalpia é função tanto da temperatura quanto da densidade. No entanto, invocando o pressuposto comum de um gás caloricamente perfeito, a entalpia pode ser convertida diretamente em temperatura como dado acima, o que permite definir uma temperatura de estagnação em termos da propriedade mais fundamental, entalpia de estagnação.

As propriedades de estagnação (por exemplo, temperatura de estagnação, pressão de estagnação) são úteis nos cálculos de desempenho de motores a jato . Nas operações do motor, a temperatura de estagnação costuma ser chamada de temperatura total do ar . Um termopar bimetálico é freqüentemente usado para medir a temperatura de estagnação, mas devem ser feitas concessões para radiação térmica.

Coletores solares térmicos

O teste de desempenho de coletores solares térmicos utiliza o termo temperatura de estagnação para indicar a temperatura máxima alcançável do coletor com um fluido estagnado (sem movimento), uma temperatura ambiente de 30C e radiação solar incidente de 1000W / m ² . Os números acima mencionados são os 'valores do pior cenário' que permitem que os projetistas do coletor planejem cenários de superaquecimento potencial no caso de mau funcionamento do sistema do coletor.

Veja também

• Ponto de estagnação
• Pressão de estagnação
• Temperatura total do ar

Referências

Bibliografia

• Van Wylen, GJ e Sonntag, RE (1965), Fundamentals of Classical Thermodynamics , John Wiley & Sons, Inc., Nova York