Número de Fourier

Em física e engenharia, o número de Fourier (Fo) ou módulo de Fourier, em homenagem a Joseph Fourier, é um número adimensional que caracteriza a condução de calor. Conceptualmente, é a razão entre a taxa de condução de calor para a taxa de armazenamento de energia térmica.^[1]

Tendo a definição de comprimento característico ${L_{C}}={\frac {Volume}{A_{\rm {superficie}}}}$ , o termo ${hAs \over \rho VCp}t$ pode tomar uma nova forma:

${hAs \over \rho VCp}t={h \over \rho L_{c}Cp}t={hL_{c}k \over k\rho Cp{L_{c}}^{2}}t={hL_{c}\alpha \over k{L_{c}}^{2}}t=Bi.Fo$

Onde: $\alpha$ = difusividade térmica $({m^{2} \over s})$ ;

$k$ = condutividade térmica $({W \over m.K})$ ;

$t$ = tempo característico $(s)$ ;

$\mathrm {Bi} ={\frac {hL_{c}}{\ k}}$ = número de Biot;

$Fo={\alpha \over {L_{c}}^{2}}t$ = número de Fourier.

Número de Fourier é um adimensional que, com o número de Biot, caracteriza problemas de condução transiente. Um número de Fourier alto indica que a condução térmica é predominante sobre o armazenamento de calor, o que significa que as mudanças de temperatura se propagam rapidamente no material. Por outro lado, um número de Fourier baixo sugere que o armazenamento de calor é mais significativo do que a condução, resultando em variações de temperatura mais lentas^[2]. Relacionando com os termos da equação, quanto maior a difusividade térmica, mais rapidamente o calor se difunde no material, pois essa é uma medida da capacidade de um material de conduzir calor. Portanto, quanto maior a difusividade térmica, maior será o número de Fourier, indicando uma transferência de calor mais rápida. Além disso, é notável que, com o aumento do tempo, o número de Fourier aumenta, indicando uma quantidade maior de calor transferido em relação à capacidade de armazenamento de calor do material. No que diz respeito ao comprimento característico, que é uma medida do tamanho físico do objeto ou sistema onde ocorre a transferência de calor, a relação inversamente proporcional com o número de Fourier é devida ao fato de que quando a dimensão característica é menor, implica em uma menor capacidade de armazenamento de calor no sólido, o que sugere uma predominância da condução de calor sobre a capacidade de armazenamento de calor do material. Isso resulta em um número de Fourier alto.

O número de Fourier é essencial para entender e prever como o calor se propaga em materiais durante variações de temperatura ao longo do tempo^[3]. Ele influencia diretamente a resposta temporal dos sistemas térmicos, auxiliando na análise e no projeto de sistemas que envolvem processos transientes de condução de calor. Há diversos processos naturais e industriais envolvem mudanças rápidas de temperatura conforme o tempo, como solidificação de metais durante processos de fundição, resfriamento de alimentos após o cozimento e resfriamento de materiais durante o processo de têmpera.

Ver também editar

Referências

↑ «Table of Dimensionless Numbers» (PDF). Faculdade de Química da Universidade da Califórnia. Consultado em 7 de Agosto de 2010
↑ KREITH, Frank; MANGLIK, Raj (2019). Principles of Heat Transfer 8ª ed. [S.l.]: Boston: Cengage Learning
↑ Incropera, Frank; DeWitt, David P.; Bergman, Theodore L.; Lavine, Adrienne S. (2007). Fundamentals of Heat and Mass Transfer 6ª ed ed. [S.l.]: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-45728-2 !CS1 manut: Texto extra (link)

Este artigo sobre física é um esboço. Você pode ajudar a Wikipédia expandindo-o.

[cchem.berkeley-1] «Table of Dimensionless Numbers» (PDF). Faculdade de Química da Universidade da Califórnia. Consultado em 7 de Agosto de 2010

[2] KREITH, Frank; MANGLIK, Raj (2019). Principles of Heat Transfer 8ª ed. [S.l.]: Boston: Cengage Learning

[3] Incropera, Frank; DeWitt, David P.; Bergman, Theodore L.; Lavine, Adrienne S. (2007). Fundamentals of Heat and Mass Transfer 6ª ed ed. [S.l.]: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-45728-2 !CS1 manut: Texto extra (link)

[1]

[2]

[3]