Transferência de calor combinando radiação e convecção no interior de dutos de geradores de vapor fumotubulares

Esta dissertação de mestrado considera a transferência de calor combinando convecção e radiação térmica no escoamento de gases participantes em dutos de seção circular. Partindo de uma metodologia geral, o trabalho enfoca principalmente os casos típicos de aplicação em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, em que gases em alta temperatura escoam através de um tubo mantido em temperatura uniforme. O escoamento é turbulento e o perfil de velocidade é plenamente desenvolvido desde a entrada do duto. A temperatura do gás, contudo, é uniforme na entrada, considerando-se a região de desenvolvimento térmico. Duas misturas de gases são tratadas, ambas constituídas por dióxido de carbono, vapor d’água e nitrogênio, correspondendo a produtos típicos da combustão estequiométrica de óleo combustível e metano. As propriedades físicas dos gases são admitidas uniformes em todo o duto e calculadas na temperatura de mistura média, enquanto que as propriedades radiantes são modeladas pela soma-ponderada-de-gases-cinzas. O campo de temperatura do gás é obtido a partir da solução da equação bidimensional da conservação da energia, sendo os termos advectivos discretizados através do método de volumes de controle com a função de interpolação Flux-Spline; as trocas de energia radiantes são avaliadas por meio do método das zonas, onde cada zona de radiação corresponde a um volume de controle. Em um primeiro passo, a metodologia é verificada pela comparação com resultados apresentados na literatura para a transferência de calor envolvendo apenas convecção e combinando convecção com radiação. Em seguida, discutem-se alguns efeitos da inclusão da radiação térmica, por exemplo, no número de Nusselt convectivo e na temperatura de mistura do gás. Finalmente, são propostas correlações para o número de Nusselt total, que leva em conta tanto a radiação quanto a convecção. Essa etapa exige inicialmente uma análise dos grupos adimensionais que governam o processo radiante para redução do número elevado de parâmetros independentes. As correlações, aplicáveis a situações encontradas em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, são validadas estatisticamente pela comparação com os resultados obtidos pela solução numérica.

Análise da indução de fluxo de ar por convecção livre em chaminé solar

Experiments were performed to study the effect of surface properties of a vertical channel heated by a source of thermal radiation to induce air flow through convection. Two channels (solar chimney prototype) were built with glass plates, forming a structure of truncated pyramidal geometry. We considered two surface finishes: transparent and opaque. Each stack was mounted on a base of thermal energy absorber with a central opening for passage of air, and subjected to heating by a radiant source comprises a bank of incandescent bulbs and were performed field tests. Thermocouples were fixed on the bases and on the walls of chimneys and then connected to a data acquisition system in computer. The air flow within the chimney, the speed and temperature were measured using a hot wire anemometer. Five experiments were performed for each stack in which convective flows were recorded with values ranging from 17 m³ / h and 22 m³ / h and air flow velocities ranging from 0.38 m / s and 0.56 m / s for the laboratory tests and air velocities between 0.6 m/s and 1.1m/s and convective airflows between 650 m³/h and 1150 m³/h for the field tests. The test data were compared to those obtained by semi-empirical equations, which are valid for air flow induced into channels and simulated data from 1st Thermodynamics equation. It was found that the chimney with transparent walls induced more intense convective flows than the chimney with matte finish. Based on the results obtained can be proposed for the implementation of prototype to exhaust fumes, mists, gases, vapors, mists and dusts in industrial environments, to help promote ventilation and air renewal in built environments and for drying materials, fruits and seeds

Viabilidade do uso de secadores solar de convecção natural e forçada para a secagem do coco Licuri

Licuri is a palm tree from the semiarid regions of Bahia State, Brazil. It is an important source of food and feed in that region, since their nuts are commonly eaten by humans and used as maize substitute for poultry feeding. The aim of this dissertation is to study the feasibility for use of natural convection solar dryers and forced being compared with the traditional drying outdoors for drying coconut licuri Syagrus coronate. The study led to the construction of two prototype solar dryer for carrying out experiments proving: model Solar Drying System Direct Exposure to Natural Convection built with wood, has a drying chamber with direct cover transparent glass laminates 4 mm, using techniques for proper isolation of the drying chamber. The two prototypes were comparatively analyzed for performance and drying efficiency with traditional extractive use by the community. Were evaluated the variables: time and drying rates and quality of the final samples of coconut licuri. The fruits were harvested and brought the town of Ouricuri, in the city of Caldeirão Grande, BA for the experiments comparing the three methods of drying was used a standard load of 4.0 kg The quantitative analysis for the result of the drying rate was found in 74% yield and 44% for natural and forced convection respectively compared with the traditional drying. These drying rates represent variation 3-5 times lower. Drying using forced convection licuri showed better quality, was found in a reddish pulp, representing the quantities that were kept of the nutrient beta carotene, and not notice the flavor change from the previous system, the final cost of construction of this system were higher . The prototypes built competitive advantage and had testified fully to resolve the technical difficulties previously encountered in the production of products made of coconut licuri. Allowing add value and increase their potential use for the fruit extractive communities of semi-arid region of Bahia

Análise experimental e numérica de convecção forçada em arranjo de obstáculos dentro de canal

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Simulação numérica da convecção natural no interior de um refrigerador doméstico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Implementação do método das características na modelagem de problemas de convecção natural em cavidades cilíndricas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise numérica da convecção natural em dispositivos solar integrados coletor-tanque

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo numerico da convecção natural e forçada em cavidades tridimensionais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Convecção natural em cavidades triangulares

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Influência da convecção termossolutal nos espaçamentos dendríticos primários durante a solidificação direcional horizontal de ligas Sn-Pb

Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre os efeitos da convecção termossolutal sobre os espaçamentos dendríticos primários de ligas hipoeutéticas Sn-Pb. Assim, um dispositivo experimental de configuração horizontal refrigerado a água foi construído e amostras do referido sistema de ligas foram solidificadas direcionalmente sob condições transientes de extração de calor. Um método teórico-experimental é aplicado para determinar as velocidades de deslocamento da isoterma liquidus, os gradientes térmicos e as taxas de resfriamento. São também apresentados resultados para os respectivos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde os quais foram calculados a partir de uma análise comparativa realizada entre os perfis experimentais de temperatura e valores teóricos fornecidos por um método numérico baseado em volumes finitos. Alguns modelos teóricos para a previsão dos espaçamentos dendríticos primários são comparados com os resultados experimentais obtidos. Finalmente, um estudo comparativo é realizado entre resultados encontrados neste trabalho e aqueles apresentados na literatura para os espaçamentos dendríticos primários das ligas Sn-Pb investigadas quando solidificadas direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições. A análise das microestruturas indica que os espaçamentos dendríticos primários são bastante influenciados pela direção de crescimento do sólido.

Influência da convecção termossolutal na transição colunar/equiaxial em ligas Al-Si sob condições unidirecionais e transitórias de extração de calor

A relação entre macroestrutura e propriedades mecânicas de um material tem sido objeto de intensa investigação pois o tamanho dos grãos, a orientação cristalina e a distribuição dos mesmos exercem influência direta no comportamento mecânico dos produtos acabados. Assim, o entendimento dos fatores que influenciam a formação das zonas estruturais coquilhada, colunar e equiaxial nos materiais fundidos como, por exemplo, o sistema de liga, composição da liga, temperatura de vazamento, temperatura do molde, material do molde, coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde, taxa de resfriamento, gradientes térmicos, dimensão da peça, presença de convecção no líquido, transporte de soluto, etc é de fundamental importância para a melhoria da eficiência do processo de fundição envolvido. Com base no conhecimento dos princípios termofísicos em que essas zonas são formadas, é possível manipular de forma bastante razoável a estrutura dos produtos fundidos e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas dos mesmos. Tendo como principal foco a análise da mudança da zona colunar para a equiaxial, este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre a transição colunar/equiaxial (TCE) das ligas hipoeutéticas Al- 3%Si, Al-7%Si Al-9%Si solidificadas unidirecionalmente em um dispositivo horizontal refrigerado a água sob condições transientes de fluxo de calor. A condição de contato térmico na superfície de extração de calor foi padronizada como sendo polida. Os perfis térmicos foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados foram armazenados automaticamente. Um método numérico é utilizado na determinação de variáveis térmicas de solidificação como coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (h_i), velocidades das isotermas liquidus (V_L), gradientes térmicos (G_L) e taxas de resfriamento (T_R) que influenciam diretamente a referida transição estrutural. Os resultados teóricos e experimentais apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e valores propostos na literatura para analisar a TCE durante a solidificação unidirecional vertical ascendente sob condições transientes de extração de calor das ligas investigadas, também é apresentado.

Convecção mista em cavidades com fontes de calor aletadas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da convecção natural no interior de cavidades para aplicação em isolamento transparente de coletor solar plano

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Investigação experimental das propriedades termofísicas e da convecção forçada de nanofluido de grafeno

This work presents an experimental investigation of thermal hydraulic performance of the nanofluid composed by graphene nanoparticles dispersed in a mixture of water and ethylene glycol at a ratio of 70:30% by volume. The tests were carried out under forced convection inside a circular tube with uniform heat flux on the wall for the laminar-turbulent transition regime. The mass flow rate ranged from 40 to 70 g/s corresponding to Reynolds numbers between 3000 and 7500. The heat flux was maintained constant at values of 11, 16 and 21 kW/m², as well as the inlet temperature of 15, 20 and 25°C. Three samples were produced with the nanofluid volumetric concentration of 0.05%, 0.10% and 0.15%. Thermophysical properties were experimentaly measured for all samples that were critically compared and discussed with theoretical models most commonly used in the literature. Initially, experiments with distilled water confirmed the validity of the experimental equipment for the thermo-hydraulic tests. Therefore, nanofluid samples that showed the highest thermal conductivity, corresponding to the volumetric concentrations of 0.15% and 0.10%, were subjected to the tests. The thermal-hydraulic performance for both samples was unsatisfactory. The heat transfer coefficients for convection of nanofluids reduced 21% in average, for the sample with = 0.15% and 26% and for =0.10%. The pressure drop of the samples was higher than the base fluid. Finally, the pressure drop and heat transfer coefficient by convection of both samples were also compared to theoretical models. The models used for pressure drop showed an excellent agreement with experimental results, which is remarkable considering the transitional flow.

Simulação numérica da convecção mista em cavidade preenchida com meio poroso heterogêneo e homogêneo

In this work is presented mixed convection heat transfer inside a lid-driven cavity heated from below and filled with heterogeneous and homogeneous porous medium. In the heterogeneous approach, the solid domain is represented by heat conductive equally spaced blocks; the fluid phase surrounds the blocks being limited by the cavity walls. The homogeneous or pore-continuum approach is characterized by the cavity porosity and permeability. Generalized mass, momentum and energy conservation equations are obtained in dimensionless form to represent both the continuum and the pore-continuum models. The numerical solution is obtained via the finite volume method. QUICK interpolation scheme is set for numerical treatment of the advection terms and SIMPLE algorithm is applied for pressure-velocity coupling. Aiming the laminar regime, the flow parameters are kept in the range of 102≤Re≤103 and 103≤Ra≤106 for both the heterogeneous and homogeneous approaches. In the tested configurations for the continuous model, 9, 16, 36, and 64 blocks are considered for each combination of Re and Ra being the microscopic porosity set as constant φ=0,64 . For the pore-continuum model the Darcy number (Da) is set according to the number of blocks in the heterogeneous cavity and the φ. Numerical results of the comparative study between the microscopic and macroscopic approaches are presented. As a result, average Nusselt number equations for the continuum and the pore continuum models as a function of Ra and Re are obtained.