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[en] THERMAL HYDRAULIC ANALYSIS OF SMOOTH AND FINNED ANNULAR DUCTS / [pt] ANÁLISE TERMOHIDRÁULICA DE SEÇÕES ANULARES LISAS E ALETADAS

CARLOS VALOIS MACIEL BRAGA 28 September 2012 (has links)
[pt] O presente trabalho analisa a transferência de calor e a perda de carga em escoamento turbulento através das regiões anulares lisas e aletadas. Os coeficientes de transferência de calor foram obtidos experimentalmente, utilizando-se a teoria de trocadores de calor. Também foram determinados os coeficientes de perda de carga associados a cada uma das geometrias analisadas. Os experimentos foram realizados em um trocador de calor bi-tubular concêntrico. Água (fluído quente) escoava através do tubo interno, enquanto ar (fluido frio) fluía através da região anular. Medindo-se as vazões e temperaturas na entrada e saída da seção de teste do trocador de calor, obtém-se a efetividade da mesma e, consequentemente, o coeficiente global de transferência de calor (médio). As condições de contorno adotadas foram de temperatura uniforme na superfície externa do tubo interno e de isolamento térmico na superfície externa do tubo interno e de isolamento térmico na superfície externa da região anular. Com o objetivo de obter-se condições de escoamento completamente desenvolvido, o trocador de calor possui um comprimento, a montante da seção de testes, de aproximadamente trinta diâmetros hidráulicos. Os coeficientes de transferência de calor e de perda de carga são apresentados de forma adimensional, como função do número de Reynolds do escoamento, os resultados obtidos para as regiões anulares lisas e aletadas são comparados entre si. O propósito de tal comparação foi o de estudar a influencia das aletas na perda de carga e na taxa de transferência de calor. No caso das regiões aletadas, verifica-se que a eficiência das aletas influencia a transferência de calor. Deste modo, realizou-se uma análise bi-dimensional de transferência de calor nas aletas para obter-se a eficiência das mesmas e, consequentemente, a eficiência das regiões aletadas. Também é mostrado que o desempenho térmico da região depende principalmente do número de Nusselt e da eficiência da mesma. Tais parâmetros são apresentados, em última análise, como funções do número de Reynolds e da geometria do problema. / [en] The present work is concerned with the turbulent heat transfer and pressure drop in smooth and finned annular ducts. Average heat transfer coeeficients have been obtained by means of the heat exchanger theory. In addition, friction factors have also been determined. The experiments were performed by utiling four double-pipe heat exchangers. The average heat transfer coefficients, for air flowing in the annular section, were fertmined by measuring the overall heat transfer coefficients of the heat exchangers. In order to aatain fully developed conditions, the heat exchangers had a starting length of 30 hydrualic diameters. The thermal boundary conditions consisted of uniform temperature on the inner surface, the outer surface being insulate. The heat transfer coefficients and friction factors are presented in dimensinless forms, as functions of the Reynolds number of the fow. The results for smooth and finned annular ducts were compared. The purpose of such comparison was to study the influence of the fins on the pressure drop and heat transfer rate. In the case of the finned annular ducts, it is shown that fin efficiency has some influence on the heat transfer rates. Then a two-dimensional heat transfer analysis was performed in order to obtain the fin efficiency and the annular region efficiency. It is also shown that the overall thermal performance of finned surfaces depends mainly of the Nusselt number and on the region efficiency. These parameters are presented as functiond of the Reynolds number of the flow and the geometry of the problem.

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