Lors d'un accident grave dans un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium, le combustible fondu peut entrer en contact avec le sodium environnant, conduisant alors à une interaction communément appelée Interaction Combustible-Réfrigérant. L'objectif de ce travail est d'améliorer la connaissance relative aux transferts thermiques en régime d'ébullition en film du sodium, essentielle pour étudier les risques liés à une éventuelle explosion de vapeur. Peu d'études, tant expérimentales que théoriques, ont été menées sur l'ébullition en film du sodium. Une unique expérience permet d'étudier l'ébullition en film du sodium en convection naturelle. Lors de l'analyse de ces essais, deux sous-régimes d'ébullition en film, non identifiés par l'auteur mais déjà observés pour l'eau, ont été mis en évidence : un régime de film qualifié de stable, sans contact liquide-solide, et un régime de film qualifié d'instable, avec contacts. D'un point de vue théorique, un seul modèle dédié à l'ébullition en film du sodium est proposé dans la littérature, dont l'analyse a révélé de nombreux défauts. Dans un premier temps, une analyse d'échelles du problème a été effectuée en convection naturelle et en convection forcée, en distinguant les cas d'un fort et d'un faible sous-refroidissement. Cette approche simplifiée, cohérente avec les résultats expérimentaux, a permis de définir les nombres adimensionnels pertinents pour l'établissement de corrélations. Un modèle a ensuite été développé pour traiter l'ébullition en film du sodium autour d'une sphère dans le cas le plus général - en convection naturelle ou forcée, pour un métal liquide saturé ou sous-refroidi. Ce modèle est basé sur l'approximation de double couche limite et met en œuvre une méthode intégrale en considérant les termes inertiels et convectifs, classiquement négligés, dans les équations de bilan de l'écoulement de vapeur. Par ailleurs, le rayonnement est pris en compte de manière couplée à l'interface liquide-vapeur et contribue directement à la production de vapeur. Ce modèle permet d'évaluer correctement le flux de chaleur perdu par un corps chaud en comparaison aux résultats des essais, en particulier lorsque ceux-ci sont corrigés des biais expérimentaux. La partition du flux de chaleur, entre chauffage et vaporisation, est également estimée : il s'agit d'une information indispensable à la description d'une explosion de vapeur et non accessible expérimentalement. En outre, l'influence de différents paramètres - sous-refroidissement du sodium, surchauffe et diamètre de la sphère, vitesse de l'écoulement externe, pression du système - dans les conditions pouvant être celles d'un accident grave a été étudiée. Enfin, un modèle simplifié a été utilisé pour étudier la transition entre les deux sous-régimes d'ébullition en film identifiés dans l'expérience. Les tendances obtenues par cette approche sont analogues à celles observées expérimentalement. / During a severe accident in a sodium-cooled fast reactor, molten fuel may come into contact with the surrounding liquid sodium, resulting in a so-called Fuel-Coolant Interaction. This work aims at providing a better understanding and knowledge of the associated heat transfer, likely to be in the film-boiling regime and required to study the risks related to a vapor explosion. Scarce literature has been found on sodium film boiling, both from an experimental and a theoretical point of view. Only one experiment has been conducted to investigate sodium pool film-boiling heat transfer. In our analysis of the experiment, two film-boiling regimes have been identified: a stable film boiling regime, without liquid-solid contact, and an unstable film-boiling regime, with contacts. Besides, the only theoretical model dedicated to sodium film boiling has shown some weaknesses. First, a scaling analysis of the problem has been proposed for free and forced convection, considering the two extreme cases of saturated and highly subcooled liquid. This simplified approach, which shows a good agreement with the experimental data, provides the dimensionless numbers which should be used to build correlations. A theoretical model has been developed to describe sodium film-boiling heat transfer from a hot sphere in free and forced convection, whatever the liquid subcooling. It is based on a two-phase laminar boundary layer integral method and includes the inertial and convective terms in the vapor momentum and energy equations, usually neglected. The radiation has been taken into account in the interfacial energy balance and contributes directly to produce vapor. This model enables to predict the heat lost from a hot body within an acceptable error compared to the tests results especially when the experimental uncertainties are considered. The heat partition between liquid heating and vaporization, essential to study the vapor explosion phenomenon, is also estimated. The influence of different parameters - sodium subcooling, sphere superheat and diameter, external flow velocity, system pressure - under accident conditions has been studied. Eventually, a simplified model has been used to investigate the transition between the two film boiling regimes identified in the experiment. The trends obtained with this approach are similar to those observed experimentally.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:23:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01039.pdf: 1488056 bytes, checksum: 0c799b8a3b483969c9dfe46d0b164dbb (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Escola Politecnica, Universidade de Sao Paulo - POLI/USP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01099.pdf: 10225038 bytes, checksum: 113532b9074d64302ecc9c6015faef45 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by IGOR SEICHO KIYOMURA null (igorseicho@gmail.com) on 2016-09-12T14:07:49Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Igor Seicho Kiyomura.pdf: 3224196 bytes, checksum: d71f4ad45145d3dc7f441a0090d3b373 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-09-14T19:13:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 kiyomura_is_me_ilha.pdf: 3224196 bytes, checksum: d71f4ad45145d3dc7f441a0090d3b373 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-14T19:13:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kiyomura_is_me_ilha.pdf: 3224196 bytes, checksum: d71f4ad45145d3dc7f441a0090d3b373 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Nas últimas décadas surgiu a necessidade de dissipar maiores quantidades de energia térmica, fato que acarretou no aumento do número de estudos em ebulição nucleada e convectiva com o objetivo de produzir trocadores de calor cada vez mais eficientes e compactos. A busca de produtos cada vez mais eficientes e compactos e a procura de novas técnicas para melhorar a transferência de calor, garantindo a integridade física do equipamento, continuam crescendo e a tendência é que continuará assim nos próximos anos. Uma das técnicas que está sendo amplamente pesquisada na comunidade cientifica é o uso de nanofluidos. Os nanofluidos foram desenvolvidos com o intuito de melhorar a condutividade e a difusividade térmica em relação aos fluidos tradicionais. Muitos experimentos com nanofluidos têm sido desenvolvidos nos últimos anos, mas ainda existem muitas divergências a respeito do efeito desses fluidos sobre o fenômeno de ebulição. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo a análise teórico-experimental do efeito de superfícies nanoestruturadas e da concentração do nanofluido, a ser depositado sobre a superfície aquecedora, sobre o coeficiente de transferência de calor em regime de ebulição nucleada. Para tanto, testes foram realizados para fluxos de calor que correspondem ao regime de ebulição nucleada da água deionizada, à temperatura de saturação (Tsat = 99 °C) e à pressão atmosférica (patm = 98 kPa), sobre superfícies aquecedoras de cobre com diferentes rugosidades. As superfícies nanoestruturadas foram produzidas por deposição de nanopartículas de maguemita, por meio do processo de ebulição da solução Fe2O3-água deionizada para diferentes concentrações mássicas previamente estabelecidas. As superfícies foram submetidas a ensaios metalográficos, de molhabilidade e de rugosidade permitindo a avaliação das modificações estruturais, topográficas e químicas das superfícies, antes e após os testes no regime de ebulição nucleada. Os resultados para o coeficiente de transferência de calor foram relacionados com as características geométricas e morfológicas das superfícies de teste, levando em consideração os aspectos relacionados à interação fluido/superfície, como, o ângulo de contato e a molhabilidade. / In the last decade, the necessity to dissipate large quantities of heat energy increased, thus leading to an increase on the number of studies in nucleate pool boiling and flow boiling with the aim of producing more compact and efficient heat exchangers. The search for increasingly efficient and compact products and for new techniques to improve the heat transfer, ensuring the physical integrity of the equipment, keep growing and it will remain so in the next years. One of the techniques being widely researched in the scientific community is the use of nanofluids. The nanofluids have been developed in order to improve the thermal conductivity and diffusivity compared to traditional fluids. Although many experiments with nanofluids have been developed in recent years, there are still many differences related to the effects of these fluids on the pool boiling phenomenon. In this context, this work aims to analyze the effects of nanostructured surfaces and different nanofluid concentrations, which are deposited on the heating surface, on the heat transfer coefficient during the nucleate boiling regime. Therefore, tests were performed to heat fluxes values corresponding to the nucleate boiling regime for deionized water, at saturation temperature (Tsat = 99 °C) and atmospheric pressure (patm = 98 kPa), on copper heating surfaces with different roughness values. The nanostructured surfaces were produced by maghemite nanoparticle deposition, which is achieved by boiling selected mass concentrations of a Fe2O3-deionized water nanofluid. Prior and after each boiling test, the characteristics of the test surfaces were evaluated by applying the metallographic, wettability and surface roughness tests. The results for the heat transfer coefficient were related to the geometrical and morphological characteristics of the test surfaces, taking into account the aspects of the flu-id/surface interaction such as, the contact angle and wettability. / FAPESP: 2014/07949-9

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: Nas últimas décadas surgiu a necessidade de dissipar maiores quantidades de energiatérmica, fato que acarretou no aumento do número de estudos em ebulição nucleada e convectivacom o objetivo de produzir trocadores de calor cada vez mais eficientes e compactos. Abusca de produtos cada vez mais eficientes e compactos e a procura de novas técnicas paramelhorar a transferência de calor, garantindo a integridade física do equipamento, continuamcrescendo e a tendência é que continuará assim nos próximos anos. Uma das técnicas que estásendo amplamente pesquisada na comunidade cientifica é o uso de nanofluidos. Os nanofluidosforam desenvolvidos com o intuito de melhorar a condutividade e a difusividade térmicaem relação aos fluidos tradicionais. Muitos experimentos com nanofluidos têm sido desenvolvidosnos últimos anos, mas ainda existem muitas divergências a respeito do efeito dessesfluidos sobre o fenômeno de ebulição. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem comoobjetivo a análise teórico-experimental do efeito de superfícies nanoestruturadas e da concentraçãodo nanofluido, a ser depositado sobre a superfície aquecedora, sobre o coeficiente detransferência de calor em regime de ebulição nucleada. Para tanto, testes foram realizadospara fluxos de calor que correspondem ao regime de ebulição nucleada da água deionizada, àtemperatura de saturação (Tsat = 99 °C) e à pressão atmosférica (patm = 98 kPa), sobre superfíciesaquecedoras de cobre com dif... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the last decade, the necessity to dissipate large quantities of heat energy increased,thus leading to an increase on the number of studies in nucleate pool boiling and flow boilingwith the aim of producing more compact and efficient heat exchangers. The search for increasinglyefficient and compact products and for new techniques to improve the heat transfer,ensuring the physical integrity of the equipment, keep growing and it will remain so in thenext years. One of the techniques being widely researched in the scientific community is theuse of nanofluids. The nanofluids have been developed in order to improve the thermal conductivityand diffusivity compared to traditional fluids. Although many experiments withnanofluids have been developed in recent years, there are still many differences related to theeffects of these fluids on the pool boiling phenomenon. In this context, this work aims to analyzethe effects of nanostructured surfaces and different nanofluid concentrations, which aredeposited on the heating surface, on the heat transfer coefficient during the nucleate boilingregime. Therefore, tests were performed to heat fluxes values corresponding to the nucleateboiling regime for deionized water, at saturation temperature (Tsat = 99 °C) and atmosphericpressure (patm = 98 kPa), on copper heating surfaces with different roughness values. Thenanostructured surfaces were produced by maghemite nanoparticle deposition, which isachieved by boi... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Durante um acidente em uma usina nuclear, a integridade do vaso pressurizado deve ser assegurada. Em resposta a um possível derretimento do combustível nuclear, a atual geração de usinas possui um sistema para a injeção de água potável na cavidade do vaso pressurizado com intuito de resfriar sua parede, prevenindo danos a sua estrutura e evitando o vazamento de material radioativo. Esse estudo considerou o uso de água marinha como refrigerante para inundar a cavidade do vaso pressurizado combinado com a fixação de um estrutura porosa em forma de grade em sua parede externa como meio de aprimorar a margem de segurança durante a contenção de acidentes. Experimentos de longa duração para a ebulição em piscina de água marinha artificial foram conduzidos em uma superfície circular de cobre plana com 30 mm de diâmetro. Foi encontrado um fluxo de calor crítico de 1; 6 MW/m2 sob pressão atmosférica. Esse valor é significantemente maior que aquele obtido (1; 0 MW/m2) nas mesmas condições experimentais. Foi verificado que os depósitos de sais marinhos podem aumentar a molhabilidade e a capilaridade da superfície de teste, aprimorando assim o fluxo crítico. Combinando a água marinha e a fixação da estrutura porosa sobre a superfície de teste, verificou-se um melhora no coeficiente de transmissão de calor e no fluxo de calor crítico de até 110 % (2; 1 MW/m2), quando comparado a água destilada na superfície limpa, sem a instalação da estrutura. Após os experimentos, foi identificado que muitos dos poros presentes nas superfícies da estrutura porosa encontravam-se bloqueados devido ao aglutinamento de sais marinhos. Isso levou a conclusão que o aumento no valor do fluxo crítico observado para a água marinha artificial ocorreu devido, principalmente, a separação das fases líquida e gasosa do fluido na região próxima a superfície de teste, efeito proporcionado pela forma de grade da estrutura porosa, e ao aumento da molhabilidade e capilaridade da superfície devido a formação dos depósitos marinhos. / During a severe nuclear power plant accident, the integrity of the reactor pressure vessel must be assured. In response to a possible fuel meltdown, operators of the current generation of nuclear power plants are likely to inject water into the reactor pressure vessel to cool down the reactor vessel wall, preserving its integrity and avoiding leakage of radioactive material. This study considers the use of seawater to flood a reactor pressure vessel combined with the attachment of a honeycomb porous plate (HPP) on the vessel outer wall as a way to improve the safety margins for in-vessel retention of fuel. In long-duration experiments, saturated pool boiling of artificial seawater was performed with an upward-facing plain copper heated surface 30 mm in diameter. The resulting value for critical heat flux (CHF) was 1; 6 MW/m2 at atmospheric pressure, a value significantly higher than the CHF obtained when the working fluid was distilled water (1; 0 MW/m2). It was verified that sea-salt deposits could greatly improve surface wettability and capillarity, enhancing the CHF. The combination of artificial seawater and an HPP attached to the heated surface improved the boiling heat transfer coefficient and increased the CHF up to 110% (2; 1 MW/m2) as compared to distilled water on a bare surface. After the artificial seawater experiments, most of the wall micropores of the HPP were clogged because of sea-salt aggregation on the HPP top and bottom surfaces. Thus, the CHF enhancement observed in this case was attributed mainly to the separation of liquid and vapor phases provided by the HPP channel structure and improvement of surface wettability and capillarity by sea-salt deposition.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:23:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01039.pdf: 1488056 bytes, checksum: 0c799b8a3b483969c9dfe46d0b164dbb (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Escola Politecnica, Universidade de Sao Paulo - POLI/USP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01099.pdf: 10225038 bytes, checksum: 113532b9074d64302ecc9c6015faef45 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Orientador: Roberto Herminio Moretti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:13:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teles_JulianaAndrade_M.pdf: 622280 bytes, checksum: 3493048181e488146089fb10fb6cacd0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O uso de extrato de malte concentrado como matéria-prima cervejeira até hoje foi pouco estudado. É sabido que produzir cervejas claras e sem resíduo adocicado, é um desafio para este ingrediente. No entanto, cervejas produzidas a partir de extrato de malte concentrado, necessitam de menores investimentos quando se comparado ao método tradicional pois, economiza em mão-de-obra, espaço e energia. Pensando nisso, o trabalho teve como objetivo, produzir diferentes mostos concentrados lupulados formulados conforme planejamento experimental aplicado (DCCR), caracterizar as cervejas produzidas com estes mostos. Estudar o uso de xarope de alta maltose com a finalidade de redução da cor e proteína no produto final e verificar durante a fervura, interações ocorridas entre malte/adjunto, lúpulo e tempo quanto à cor, amargor, polifenóis e proteínas. Verificou-se que mostos produzidos com extrato de malte concentrado possuem fermentações mais lentas. Os produtos obtidos tiveram características físico-químicas semelhantes à cerveja tipo Pilsen. Durante a fervura, o tempo foi mais influente para a produção de cervejas mais escuras. Apesar disso, o uso de xarope de alta maltose como substituição parcial dos açúcares fermentescíveis do malte, na redução da cor, foi totalmente eficaz, como também para o aumento na luminosidade e menores quantidades de proteínas. Por fim, para promover mais eficiente complexação entre proteínas-polifenóis, seriam necessárias quantidades maiores de lúpulo. Assim sendo, mostos concentrados feitos a partir de extrato de malte concentrado possuem grandes potencialidades e levam a crer que acrescentam mais vantagens do que desvantagens para a produção de cerveja / Abstract: The use of extract malt concentrated as beer raw material until today little was studied. It is known that to produce clear beers and without sweet residue, it is a challenge for this ingredient. However, beers produced from extract malt concentrated, need lesser investments when if compared with the traditional method, therefore it is saved in man power, space and energy. Thinking about this, the work had as objective, to produce differents worts hopped concentrated formulated as experimental design applied, to characterize the beers produced with these worts, to study the use of boiled must of high maltose with the purpose of reduction of the color and protein and to verify, during the boil, occurred interactions between malt/adjunct, hop and time how much to the color, bitter taste, polyphenol and proteins. It was verified that worts produced with extract of malt concentrated have slower fermentations, the gotten products had characteristics similar to the beer Pilsen type. During the boil, the time was more important for production of darker beers. Despite this, the use of high maltose syrup as partial substitution of the fermentable sugars of malt, in the reduction of the color was total efficient, as also for the increase of the luminosity and minors amounts of protein. Finally, to promote more efficient complex between proteins-polyphenols, they would be necessary more of hop. Thus being, made intent worts from extract of malt concentrated have great potentialities and lead to believe that they add more advantages of that disadvantages for beer production / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Eduardo Augusto Caldas Batista / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:07:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maximo_GuilhermeJose_M.pdf: 1130642 bytes, checksum: 2075f789c23ac3903cbe00e7ee7f52fc (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O equilíbrio líquido-vapor de soluções aquosas binárias formadas por açúcares presentes em sucos de fruta, D-glucose e D-frutose foi estudado através da determinação experimental da temperatura de ebulição em rotaevaporador com recirculação da fase vapor, de 20 kPa até a pressão atmosférica (93.6 kPa) e concentração entre 10 e 60 % (m/m). Os dados experimentais foram correlacionados com dados preditos a partir do cálculo do coeficiente de atividade pelo método de contribuição de grupos UNIFACLyngby utilizando diferentes modelos moleculares e parâmetros estruturais. A conformação cíclica das moléculas foi decisiva na obtenção de resultados mais precisos pela modelagem. Os resultados foram descritos com precisão através de diagramas de Dühring e o aumento da temperatura de ebulição das soluções em relação à da água pura foi considerado significativo na demanda de energia para mudança de fase. O equilíbrio termodinâmico de soluções aquosas de ácidos policarboxílicos presentes em sucos e polpas de fruta, ácido cítrico, málico, malônico, oxálico, succínico e tartárico foram estudados através da determinação experimental do pH em células isotérmicas, entre 278.15 e 323.15 K e porcentagem mássica entre 1 e 20 %. Os dados experimentais foram correlacionados com dados preditos a partir da resolução de um sistema de equações não lineares em algoritmo computacional programado em MATLAB. O coeficiente de atividade foi calculado através da utilização isolada ou combinada, do método UNIFAC-Lyngby e da equação modificada de Debye-Hückel, levando em consideração as interações de curto e longo-alcance presentes na solução. De modo geral, o modelo combinado descreveu com melhor precisão o comportamento do pH das soluções do que a utilização dos modelos isolados. Além disso, de acordo com o equilíbrio químico das soluções, a temperatura tem efeito significativo no pH das soluções, o que significa que algumas propriedades dessas misturas são alteradas durante os processos térmicos / Abstract: The vapor-liquid equilibrium of binary aqueous solutions of D-glucose and D-fructose, present in fruit juices, was evaluated by experimental boiling point measurements in a rotary evaporator with total reflux of the vapor phase from 20 kPa to atmospheric pressure (93.6 kPa) and concentration from 10 to 60 % by mass. The experimental data were correlated with predicted data by UNIFAC-Lyngby group contribution method, using different molecular approaches and structural parameters. The cyclic conformation of the sugar molecules was decisive for the accuracy of the modeling. The data were accurately described by Dühring diagrams and the rise in boiling point was considered significant for energy demand of phase change. The thermodynamic equilibrium of aqueous solutions of polycarboxylic acids present in fruit juices and pulps, citric acid, malic acid, malonic acid, oxalic acid, succinic acid and tartaric acid was evaluated by experimental pH measures in isothermic cells, from 278.15 to 323.15 K and concentration from 1 to 20 % by mass. The experimental data were correlated with predicted data by the resolution of a non-linear equation system by a computer algorithm implemented in MATLAB. The activity coefficients were calculated using the UNIFAC-Lyngby method and the modified Debye- Hückel term, taking into account the short and long-range interactions of the molecules in solution. In general, the combined model described the behavior of the pH of the solutions with higher accuracy than the isolated models. Moreover, according to chemical equilibrium of the solutions, the effect of temperature on pH was significant, meaning that some mixtures properties are affected during thermal processes / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos