[pt] O duto estudado era composto por duas laterais arco cilíndricas convexas isotérmicas de mesmo raio por uma base plana adiabática. Obteve-se os coeficientes de transporte de calor para convecção forçada em regime laminar deste canal. Para tanto, optou-se pelo emprego do método da analogia de transparência de massa e calor. A técnica recorrida foi a de sublimação de naftaleno, cuja utilização exigiu instrumentos de precisão e condições ambientais controladas. A variação da massa, devido à sublimação, das laterais de naftaleno análogas às superfícies isotérmicas fornecia, juntamente com outros parâmetros, o conhecimento dos coeficientes médios de troca de massa. Estes eram adimensionados como número de sherwood. Apartir dos pontos experimentais encontrados determinou-se a equação do comportamento do número de Sherwood, para perfil não desenvolvido, em função do comprimento adimensional, definido como o inverso do número de Graetz. Aplicada à analogia, chegou-se aos coeficientes médios de transferência de calor, adimensionalizados como número de Nusselt. Em posse destes resultados, fez-se a análise teórico da performance de um coletor solar simulado utilizando o canal em estudo. / [en] The duct analyzed was made up of two cylindrical side walls and anadiabatic base plate. Heat transfer coefficients for forced convection in laminar flow were obtained. The heat and mass transfer analogy method was used by applying the naphtalene sublimation tecnique. The side walls mass change, due to sublimation, supplied the overall mass transfer coefficients. These were stated in dimensionless form as sherwood’s number. An equation giving Sh as a function of the dimensionless length was obtained from the experimental points. The profile was not fully developed. In accordance with the analogy the overall heat transfer coefficients were found. A theoretical study of a solar energy collector employing these duct was made.

[pt] Este trabalho prossegue a investigação sobre convecção forçada com ebulição de película em tubos verticais, na qual o regime de escoamento consiste de gotículas de líquido dispersas em vapor superaquecido. Um procedimento de cálculos já existe (baseado em um tamanho único médio de gota que sofre colapso e evapora ao longo do tubo) para determinar os fenômenos cinéticos e de transferência de calor. O principal objetivo do presente trabalho é introduzir uma mais realista distribuição nos tamanhos de gota no procedimento de cálculo com o intuito de determinar a validade do uso do tamanho único de gota para representar a real distribuição. Dados experimentais já existentes para ebulição de película de nitrogênio (70.00 menor do que G menor do que 190.000 ibm/hr/ft2 e 5.000 menor do que q / A menor do que 25.000 Btu/hr/ft2 em tubos de diâmetro interno de 0.228 menor do que D menor do que 0.462 polegadas e 8 pés de comprimento) foram usados no desenvolvimento do modelo analítico tanto para o estudo com tamanho único de gota como para tamanho múltiplo de gota. Para tamanho múltiplo de gota, o critério do número de Weber foi utilizado para prever o colapso da gota que se divide em 9 gotas menores de vários tamanhos. Os resultados do estudo com tamanho múltiplo de gota forneceram resultados semelhantes aos com tamanho único de gota, indicando de gota para descrever o fenômeno da ebulição de película com escoamento disperso. Também está incluída uma compilação de propriedade do nitrogênio, necessárias para os estudos deste trabalho. / [en] This work further investigates forced convection film boiling in vertical tubes, in whitch the flow regime consist of dispersed liquid droplets in a superheated vapor. Calculation procedures already exist (based on a single average size droplet that breaks up and evaporates as it flows along tube) for determining the kinetic and heat transfer phenomenas. The principal objective of the present work is to introduce a more realistic distribution of droplet in a superheated vapor. Calculation procedure already axist (based on a single average size droplet that braks up and evaporates as it flows along tube) for determining the kinetic and heat transfer phenomenas. The principal objective of the present work is to introduce a more realistic distribution of droplet sizes into the calculation procedure in order to determine the validity of using a single droplet size to represent a real distribution. Previous experimental data for film boiling of nitrogen (70.000 less than G less than 190.00 lbm/hr/ft2 and 50.000 less than q/As25.000 btu/br/ft2 in tubes of 0.22 less than D less than 0.462 inch diameter and 8 feer long) were usad in developing analytical models for both the single droplet size and multiple droplet size studies. For the multiple droplet size distribution, a critical Weber number was utilized to predict the breakup of a droplet into approximately 9 smaller droplets of various sizes. The results of the multiple droplets of various sizes. The results of the multiple droplet study compare well with those of the single droplet studies, thus indicating the validity of using the single droplet size model for predicting phenomena in dispersed flow boiling.

[pt] Uma das características das alternativas consideradas para o desenvolvimento de reatores nucleares com características avançadas de segurança consiste na utilização de resfriamento do vaso de contenção com um fluxo de água vindo de seu topo. Este sistema forma um escoamento de um filme líquido evaporando sobre uma superfície metálica aquecida com ar escoando em contra-corrente. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo analítico e numérico da transferência de calor e massa que ocorre na interface entre o filme líquido e a mistura ar-vapor, neste tipo de escoamento e também em escoamentos co-correntes. Devido à ausência de dados experimentais, o modelo é validado através de comparações com resultados analíticos disponíveis na literatura para situações próximas aos casos de interesse. A influência de diversos parâmetros geométricos e operacionais é analisada e são fornecidos resultados para os números de Nusselt e de Sherwood observados na interface do escoamento das fases. / [en] The design of so called Advanced Nuclear reactors includes many features of passive safety, one of them being a water flow system for cooling the containment vessel. This system generates a counter-current flow pattern with a downward liquid film evaporating over the heated vessel surface and na upward stream of air. This work presents an analytical and numerical model for analysis of heat and mass transfer occuring in the interface formed by water film surfece anda ir-vapor mixture in counter-curent and parallel flows. Due to the lack of experimental data, the model is validated throught comparisons with analytical results found in the flow analysed and the results for Nusselt and Sherwood numbers are presented.

[pt] O objetivo deste trabalho é analisar as transferências de momentum, calor e massa num canal bidimensional inclinado, onde escoam um filme líquido descendente e uma corrente turbulenta de ar de sentido oposto, ou de mesmo sentido oposto, ou de mesmo sentido. O filme líquido, suposto laminar, consiste numa solução fraca, ou degenerada, de trietileno glicol em água. A placa inferior do canal é mantida aquecida numa temperatura uniforme, de modo a facilitar a remoção de água do líquido para a fase gasosa. A corrente de ar deve ser turbulenta, para garantir taxas convenientes da massa de água transferida. Considera-se, não obstante, a possibilidade do ar também escoar liminarmente. A placa superior do canal, ou cobertura é adiabática e ambas as placas são impermeáveis à transferência de água. A parte hidrodinamica do problema é resolvida separadamente. Atribui-se maior importância à determinação dos perfis de temperatura e concentração de águas nas duas fases. Pretende-se que a aparelhagem acima descrita opere como um regenerador da substância líquida higroscópica, tendo este sido previamente usado num secador de ar, em aplicação de fim industrial ou agrícola. A tarefa proposta pelo problema é a simulação das condições operativas do trocador de massa. Como resultado desta simulação, tenciona-se predizer os valores dos coeficientes de transferências de calor e massa, variando amplamente as taxas de escoamento, tanto da fase gasosa, quanto da líquida. Na verdade, diversos pesquisadores têm revelado, nos últimos anos, um grande interesse no estudo de regeneradores do tipo aqui analisado. Toda vez que se tem disponibilidade de energia a temperaturas moderadas e baixo custo, como energia solar ou calor de rejeito industrial, parece indicado regenerar desta forma o desumidificante líquido nas instalações de condicionamento de ar por resfriamento evaporativo. Estabelecidas as equações diferenciais parciais do problema e as condições de contorno pertinentes, elas são resolvidas através de algoritmos obtidos por diferenças finitas, dentro do enfoque de volumes de controle. O procedimento numérico é interativo, usando-se o computador digital na obtenção da solução. Verifica-se que os resultados se mantêm dentro da analogia entre transferência de calor e massa, conforme era esperado. A partir dos resultados, podem-se estabelecer algumas correlações para os principais parâmetros do problema. Propõe-se, por fim, uma metodologia para o projeto do equipamento. Para isto, não é necessário fazer uso direto do método numérico, pois existem algumas poucas equações analíticas, simples, que podem ser facilmente manipuladas num microcomputador ou, até mesmo, numa calculadora eletrônica. Estas equações são deduzidas a partir da aplicação da teoria de penetração ao problema. As correlações dos resultados numéricos são, entretanto, essenciais ao bom emprego da teoria penetração. / [en] The combined momentum, heat and mass transfer is analysed in a two domensional inclined channnel for a countercurrent, or co-current turbulent air strem flowing past a liquid falling film. The film flow, supposed to be laminar, consists of a weak, or co-current tubulent air stream flowing past a liquid falling film. The film flow, supposed to be laminar, consists of a weak, or degenerate, solution of triethylene glycol and water. The film flow, supposed to be laminar, consists of a weak, or degenerate, solution of triethylene glycol and water. The lower plate of the channel is maintained at a constant, relatively high from the liquid to the gas phase. The stream of air is usually turbulent, thus assuring convenient rates of tranferred mass of water. Nevertheless, the possibility of laminar flow in the gas is not avoided. The second plate of the channel is considered as adiabatic and both plates are impervious to water. The hydrodynamic part of the problem is solved separately, and the determination of temperature and concentration of water profiles in the two phases is of major importance. The apparatus above described is intended to be a regenerator of the hygroscopic liquid, previously used in an air dryer, for industrial or agricultural purposes. The tash suggested by the problem is then to simulate the conditions, under which this mass exchanger will operate. Following the simulation, heat and mass transfer coefficientes can be predicted for a large range of flow rates of both gas an liquid phases. In fact, in recent years several investigators have manifested an increasing interest in developing studies of such equipment. In situations where a source of energy at low temperature is freely available, and this is the case of solar energy or industrial rejects, the employment of liquid dehumidifier regenerators is particularly attractive for evaporative cooling air conditioning systems. The partial differential equations of the problem, accompanied by suitable boundary conditions, are solved by a finite difference scheme, based on the volume of control approach. There are iterative procedures involved and solutions is reached in a mainframe computer. The results seem to be in accordance with the expected analoggy between heat and mass transfer. Some correlations are presented for the principal parameters of the problem. Lastly, a methodology is proposed for the design of the equipment. In spite of the complexity of the problem, it is possible to provide the user with a few simple analytic equations, which can be solved in any micro-computer or even in a pocket calculation. Theses equations arise from the employment of the penetration theorym briefly discussed and compared with numerical results. Indubitably, the use of this theory must be in compliance with the previously obtained numerical correlations.

[pt] Investigou-se teórica e experimentalmente o comportamento dos equipamentos de transferência de calor e massa conhecidos como Torre de Resfriamento e Lavador de Ar. Para a torre, analisa-se um modelo de simulação, a partir de equações diferenciais ordinárias obtidas através de balanços de energia e massa em um elemento infinitesimal de volume, baseado em propriedades uniformes em uma mesma seção transversal, sendo, portanto unidimensional. O sistema resultante é resolvido numericamente. Já para o lavador de Ar, obtem-se, através dos mesmos balanços juntamente com a hipótese de temperatura da água constante, uma solução analítica. Montou-se, com o intuito de validação do modelo, um sistema experimental onde os parâmetros de interesse pudessem ser medidos e desta forma comparados com os resultados numéricos. A concordância entre valores foi bastante boa, para a faixa investigada. Este mesmo sistema permitiu que se obtivessem dados reais a respeito da operação tanto da torre como do lavador, e como consequência a determinação do produto coeficiente de transferência de massa pela área de troca (Hd Av), para cada caso. Finalmente, apresentam-se correlações para o cálculo deste parâmetro como função das vazões de ar e da área da seção transversal, as quais podem ser utilizadas em projetos futuros destes equipamentos. / [en] In the present work the cooling tower and the Air Washer were investigated, experimentally and theoretically. The one-dimensional model developed to simulate the cooling tower operation was based on mass and energy balances written for a differential colume. The resulting system of differential equations was solved numerically. For the Air Washer, the energy and mass balances, incorporating the assumption of constant water temperature, led to a system of equations wich was solved analytically. The experiments conducted were aimed at validating the models developed. The experimental results obtained were in very good agreement with the predictions, within the range of parameters investigated. Correlations were developed relating average mass transfer coefficient for the equipments with the water and air flow rates.

[pt] A utilização de usinas termoelétricas torna importante a análise dos efeitos de dispersão de poluentes térmicos em cursos d água. Modelos matemáticos, tais como o modelo Fickiano [5] e o modelo de PAILY E SAYRE [6], tem sido utilizados na análise de tais efeitos. No presente trabalho, foram efetuadas simulações experimentais de dispersão térmica, utilizando-se uma canaleta com injeção de água quente em uma posição arbitrária, tendo sido medido o campo de temperatura criado. Os resultados são comparados com aqueles fornecidos pelos modelos mencionados, aplicando-se o método das fontes imagens. Devido às limitações do modelo de PAILY E SAYRE, generalizou-se o mesmo para fontes térmicas colocadas em uma posição arbitraria no canal. Qualitativamente, o modelo de PAILY E SAYRE mostrou-se mais satisfatório que o modelo Fickiano e o método das fontes imagens foi considerado adequado. / [en] The instalation of steam-eletric power plants using either fóssil or nuclear fuels makes important the analysis of the effects of the dispersion of thermal pollutants in water streams. Mathematical models, such as the Fickian model [5] and the modelo of PAILY and SAYRE [6], have been used in the analysis of such effects. In the present work, experimental simulations of thermal dispersion were maden using an artificial channel with injection of hot water posicioned at any place in the middle of the channel and meaurements of the temperature field were taken. The results were compared with the results given by the mentioned models, applying the image sources method. Due to the limitations of the model of PAILY and SAYRE, it was generalized for thermal sources posicioned at any place in the channel. Qualitatively, the model of PAILY and SAYRE proved to be more satisfactory than the Fickian model and the image sources method was considered adequate.

[pt] A ebulição nucleada é o regime de ebulição de maior interesse para a maioria das aplicações práticas. Neste regime, altos fluxos de calor podem ser atingidos de uma maneira estável, para moderados superaquecidos da superfície. Neste trabalho, é desenvolvido um aparato experimental para o estudo dos fatores que afetam a ebulição nucleada. Este aparato experimental é testado, fazendo-se ensaios de ebulição nucleada em uma seção de teste anular, para um escoamento de água subresfriada. São realizadas ensaios variando os seguintes parâmetros: pressão, velocidade do fluíio e temperatura de entra da do fluido na seção de teste. O desempenho do aparato experimental é analisado através dos resultados obtidos e dos problemas surgidos durante o experimento. / [en] Nucleate boiling is the most interesting boiling regime for practical applications. Such regime is characterized by very high heat transfer rates with only small surface superheating. In this work, an experimental apparatus is developed for the study of the parameters that effect nucleate boiling. The experimental setup is tested for nucleate boiling in an annular test section with subcooled water flow. The following parameters are analyzed: pressure, fluid velocity and the fluid temperature at the test section entrance. The performance of the experimental apparatus is analyzed by the results and by the problems raised by the operation of the setup.

[pt] Neste trabalho é feita uma análise teórica e numérica da evaporação não isotérmica de um líquido contido em um recipiente cilíndrico parcialmente cheio, com paredes adiabáticas. Postula-se que a evaporação acontece em presença de convecção natural impulsionada por diferenças de massa específica, associadas com gradientes de temperatura e composição da mistura. Esta consiste de um gás e o vapor do líquido. Embora a formulação seja geral, o presente trabalho focaliza a evaporação de água para o ar. Estudou-se três situações. Um caso isotérmico, variante do clássico problema de difusão de Stefan, um Caso em que a temperatura do líquido é maior do que a temperatura ambiente e um terceiro caso no qual a temperatura do líquido é menor do que a do ambiente. Duas diferentes condições de contorno foram usadas na abertura do recipiente de modo a explorar a sensibilidade do escoamento às condições no topo. A distância entre a superfície do líquido e o topo variou de duas a dez vezes o raio do recipiente. Duas diferenças de temperatura entre o líquido e o ambiente foram investigadas, 3 graus Celsius e - 2 graus Celsius. O ar ambiente foi considerado como sendo muito seco ou muito úmido. Encontrou-se que, quando a temperatura do líquido é maior do que a temperatura ambiente, a taxa de evaporação alcança valores até quatro vezes maiores do que para o caso isotérmico. Para o caso em que a temperatura do líquido é menor do que a temperatura ambiente, a taxa de evaporação decresce para valores até duas vezes menores do que para o caso isotérmico. / [en] This work reports a theoretical and numerical analysis of the non-isothermal evaporation of a liquid contained in a partially filled cylinder vessel, with adiabatic walls. It is assumed that the evaporation occurs in the presence of natural convection driven by differences in specific mass associated with gradient of temperature and mixture composition. The mixture consist of a gas and the vapor of the evaporating liquid. Although the formulation is general, the specific focus of the present work is on the evaporation of water into air. Three situations were studied. An isothermal case, which is a variant of the classical Stefan diffusion problem, a case where the liquid temperature is higher than the ambient temperature, and a third case in which the liquid temperature is lower than the ambient. Two different boundary conditions were used at the openning of the vessel in a way to explore the sensitivity of the flow to the conditions on the top. The distance between the liquid surface and the top of the vessel varied from two to ten times the vessel radius. Two temperature differences between the liquid and the ambient were investigated, 3 degrees Celsius and - 2 degrees Celsius. The environmental air was considered to be either very dry or very wet. It was found that, when the liquid temperature is higher than the ambient temperature, the rate of evaporation can reach values up to four times larges than that for the isothermal case. For the case where the liquid temperature. is lower than the ambient temperature, the rate of evaporation decreases to values down to half of theisothermal case.

[pt] O processo de lingotamento contínua de metais é simulado numericamente. Placas ou tarugos metálicos são produzidos continuamente, mantendo-se o escoamento do material através do molde. A frente de solidificação depende da velocidade de retirada de material e da refrigeração imposta na superfície do lingote. A posição da interface líquido-sólido e o campo de temperaturas na região sólida são determinados, e consideram-se os efeitos da velocidade na curvatura da interface. É analisado um modelo retangular bi-dimensional e a equação da energia é resolvida utilizando-se o método numérica de diferenças finitas das volumes de controle. Os resultados são comparados com soluções analíticas simplificadas onde a termo de transporte não foi considerado e mostram que o calar transportado pelo movimento de lingote tem influência significativa na forma da interface e em sua localização dentro do molde durante o processo. / [en] This work deals with a numerical simulation of the continuous casting process. This process is employed in the fabrication of metallic inguts. The position of the solid-liquid interface is determined together with the temperature field in the solid region. The research is facused on studying the effect of the withdrawal velocity on the interface position, aiming at accidental leakage preventien during the process. In this analysis, the sensible heat is taken into acceunt, in contrast to previous marks reported in the open literature. The present work employed a two-dimensional model. The energy equation was integrated in the rectangular domain by means of the finite-volume method. The liquid regions was at the fusion temperatures, whereas one of the side boundaries was strogly cooled to promote solidification. An algorithm was developed to determine the interface pesition and the domain length. Comparisons of this results obtained with the available solutions obtained excluding sensible heat showed that, depending upon the value of the withdrawal velocity, the sensible heat may or may not be negleted. The simulations was performed with the aid of a microcomputer of the IBM-PC/XT type, employing the Fortran language.

[pt] Superpondo uma estrutura adequada em forma de colméia a um coletor plano é possível absorver mais eficientemente energia solar. Na formulação de modelo, a troca de calor por radiação entre as superfícies envolvidas foi considerada em duas bandas: solar e infravermelho. As equações resultantes formam um sistema íntegro-diferencial não-linear. Utilizou-se iteração de resolução de equações lineares algébricas para a solução do sistema discretizado. As eficiências obtidas foram comparadas com as de sistema planos, e determinadas para uma faixa dos dez parâmetros adimensionais envolvidos no modelo. Por fim, um programa é colocado à disposição para atender necessidades específicas de usuários interessados. / [en] By placing na appropriate structure in the form of a honeycomb on a plane collector it is possible to absorb solar energy in a more efficient manner. In formulating the model, the radiation heat transfer between the involved surfaces was considered in two bands: solar and infra-red. The resulting equations form a non-linear integro-differential system, an iteration of the resolution of algebraic linear equations was used. The efficiencies obtained were compared with those of plane systems and determined for a range of the ten non-dimensional parameters involved in the model. At the end, a program is offered for attending to specific needs of interested users of same.