Cilindro con generazione di calore

In analogia alla piastra con generazione di calore, analizziamo cosa accade per una geometria cilindrica con generazione di calore.

cilindro con generazione di calore calore, fuel cell

Il bilancio termico si imposta in questo modo:

$-K*S_r*((dT)/(dr))_r+q_g*(2*pi*r*L)*dr=-K*S_(r+dr)*((dT)/(dr))_(r+dr)$


Con qualche passaggio arriviamo a:

$d/(dr)(K*r*(dT)/(dr))=-q_g*r$$


Considerando k costante possiamo integrare due volte e arrivare all'espressione della temperatura:

$(dT)/(dr)=-q_g*r/(2*k)+c_1/r$

$T(r)=-q_g*r^2/(4*k)+c_1*lnr+c_2$


Possiamo ora imporre delle condizioni al contorno del tipo: per $r=0$ $(dT)/(dr)=0$ , non avviene scambio termico sull'asse del cilindro, e per $r=R$  $T=T_p$ la temperatura è uguale a quella di parete per la superficie esterna. Otteniamo quindi:

$T=T_p+q_g/(4*k)*(R^2-r^2)$


Possiamo trascurare l'irraggiamento del cilindro con l'esterno e considerare l'interazione con l'esterno solo tramite convezione.

$h_e*(2*pi*R*L)*(T_p-T_oo)=-k*(2*pi*R*L)*((dT)/(dr))_(r=R)$


Dopo alcune sostituzione arriviamo a :

$(T_p-T_oo)=(q_g*R)/(2*h_e)$

Valerio Rossi

Valerio RossiSono Valerio Rossi e sono l'Amministratore di MeccanicaWeb.it

Sono laureato triennale con voto 110 e lode in ingegneria meccanica presso l'Università di Roma Tor Vergata e sono attualmente studente in ingegneria meccanica magistrale. La mia tesi di laurea triennale è visibile su MeccanicaWeb.it Monitoraggio del comfort vibrazionale secondo la ISO 2631: progetto e realizzazione di un dispositivo low cost con impostazione e validazione di un modello predittivo.

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