[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] 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] 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] 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.

[pt] Coeficientes de queda de pressão e transferência de calor foram determinados experimentalmente para escoamento turbulento em dutos circulares e semi-circulares lisos e pinados. Pinos de seção transversal circular foram colocados na superfície interna dos dutos. As experiências foram realizadas utilizado-se vários tipos de trocadores de calor, eram ar e água. Para se atingir condições totalmente desenvolvidas, os trocadores de calor possuíam um cumprimento de entrada de 25 diâmetros . Os coeficientes médios de troca de calor foram determinados através da medida dos coeficientes globais de troca de calor dos trocadores de calor. Números de Nusselt e coeficientes de atrito são apresentados como funções do número de Reynolds do escoamento. A finalidade de tal comparação foi estudar a influência dos pinos de seção circular na queda de pressão e taxa de transferência de calor . Números de Nusselt e coeficientes de atrito são apresentados como funções do número de Reynolds do escoamento. Os resultados para dutos lisos e pinados foram comparados. A finalidade de tal comparação foi estudar a influência dos pinos da seção circular na queda de pressão e taxa de transferência de calor. O desempenho térmico global de superfícies pinadas depende principalmente do número de Nusselt e da eficiência da região. Assim, resultados para a eficiência do pino foram também apresentados. / [en] Pressure drop and heat transfer coeficients have been experimentally determined for turbulent flow in smoth and pin finned circular and semi-circular ducts. Spines of circular cross section were attached to the internal surface of the ducts. The experiments were perfomermed by utilizing several types of heat exchanges. The flowing fluids, in the heat exchangers, were air and water. In order to attain fully developed conditions, the heat exchangers had a starting longth of 25 diameters. The average heat tranfer coefficients were determined by measuring the overall heat tranfer coefficients of the heat exchangers. Nusselt numbers and friction factors are presented as fuctions of the flow Reynolds number . The purpose of such comporison was to study the influence of the spines of circular cross section on the pressure drop and heat transfer rate. The overall thermal performance of pin finned surfaces depends mainly on the Nusselt number ando n the region efficiency. Then, results for the pin fin efficienty were also presented.

[pt] Neste trabalho desenvolveu-se um programa numérico geral capaz de resolver as equações de transporte tridimensionais parabólicas típicas da modelagem de problemas da mecânica dos fluidos e transferência de calor e massa. Utilizou-se o método de diferença finitas com formulação em volumes de controle (volumes finitos) e o esquema de discretização power law. O método de discretização utilizado na direção principal do escoamento (direção parabólica) é totalmente implícito. O sistema de equações obtido é resolvido por métodos iterativos que simultaneamente incorporam a não-lineariade do problema. O aclopamento velocidade-pressão recebe tratamento especial para o plano transversal ao escoamento e para a direção parabólica. O algoritmo SIMPLEC (semi-implicit method for pressure-linked equations consistent) foi utilizado para resolver o aclopamento pressão-velocidade foi proposto no presente trabalho um método análogo ao SIMPLEC. O programa permite resolver escoamentos em coordenadas cartesianas (dutos retos com seção retangular) e coordenadas cilíndricas (dutos retos de seção circular assim como dutos curvos de seção retangular). Problemas teste tridimensionais parabólicos foram resolvidos e comparados com dados disponíveis na literatura, validando o programa e comprovando a generalidade do mesmo. / [en] In the present work, a general purpose computer program hás been developed to solve the three-dimensional transport phenomena equations governing problems of fluid flow, heat and mass transfer. The finite volume method has been used with the power-law discretization scheme. A totally implicit discretization method was used in the main flow direction (parabolic direction). The resulting system of algebraic equations is solved by iterative methods which take into account the non-linearity of the situation. The pressure – velocity coupling has received special treatment for the cross-section plane and for the parabolic direction. The SIMPLEC algorithm (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations Consistent) was used to resolve the pressure-velocity coupling in cross-section plane. In the present work, and approach similar to SIMPLEC was used to resolve the pressure-velocity coupling in the parabolic direction. The program allows one to obtain the flow field using cartesian cordinates (straight ducts with rectangular corss-section) and cylindrical coordinates (straigth ducts with circular cross-section) and cylindrical coordinates (straight ducts with circular cross-section as well as curved ducts with rectangular cross-section) Three-dimensional parabolic test problems were solved and the results were compared with available data from the literature, validating the program and ensuring the generality of it.

[pt] Devido ao interesse crescente na utilização da energia solar no condicionamento de ar e secagem de alimentos, o presente trabalho descreve diversos ciclos solares de condicionamento de ar e apresenta um modelo de simulação das condições de operação e desempenho dos equipamentos usados num ciclo aberto de condicionamento. O modelo calcula o ciclo termodinâmico e especifica as características de transferência de calor e massa dos equipamentos para sistemas de qualquer capacidade térmica. Os resultados encontrados são exemplificados para sistemas de 1 a 5 toneladas de refrigeração de capacidade. / [en] Due to the increasing interest in the use of solar energy for air contioning and drying of foods, the present work describes different cycles of solar air conditioning and presents a model for simulating the operating conditions and the performance of the equipaments used in an open air conditioning cycle. The model calculates the termodynamic cycle and specifies the heat and mass transfer characteristics of the equipments for systems of any cooling capacity. The results are exemplified for systems of 1 to 5 refrigerating tons of cooling capacity.

[pt] O problema de transferência de calor, que ocorre durante o escoamento laminar de um fluido de Herschel-Bulkley na região de entrada de tubos é estudado. O número de Nusselt é obtido como uma função da coordenada axial, tensão limite de escoamento e índice de comportamento. São examinadas duas condições de contorno térmicas : fluxo de calor uniforme na parede e temperatura uniforme na parede. Esta análise é feita considerando, primeiramente, as propriedades do líquido independentes da temperatura. Em uma fase posterior, investiga-se o efeito da variação da tensão de escoamento e do índice de consistência com a temperatura. É investigada a influência de alguns parâmetros sobre a transferência de calor. Para o caso das propriedades independentes da temperatura, constatou-se a influência do índice de comportamento e do raio de plug flow sobre o perfil de velocidade. Quando o índice de comportamento é menor que 1, ou o raio de plug flow é maior que 0, o perfil de velocidade fica mais achatado. Em função disto, o número de Nusselt aumenta nestes casos. Os números de Reynolds e Peclet não afetam a troca de calor no escoamento totalmente desenvolvido, porém têm um papel significativo na região de entrada do tubo. Os resultados mostram que a hipótese de fluidos com propriedades independentes da temperatura não muda, o comportamento qualitativo do fluido frente à transferência de calor, embora quantitativamente ocorram mudanças significativas. / [en] The heat transfer problem that occurs during the laminar flow of a Herschel-Bulkley fluid through the entrance portion of tubes is studied. The Nusselt number is obtained as a function of the axial coordinate, yield stress and behavior index. Two different thermal boundary conditions are investigated: uniform wall heat flux and uniform wall temperature. The analysis is firstly carried out assuming that the .reological prop- erties do not depend on temperature. Then the effect of temperature on the yield stress and consistency index is considered for a few representative cases. The behavior index less than one or the plug flow radius greather than zero makes the velocity profile flater. As a result higher Nusselt numbers are obtained. The Reynolds and Peclet numbers do not affec t the flow in the fully developed region, however they play a significative hole in the entrance region. The results show that assumption of temperature –independent properties does not change the qualitative heat transfer behavior, although quantitatively there are significant changes.