Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:32:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245748.pdf: 3586033 bytes, checksum: 6e3ca4a8d7a6f459336716d8e6847d24 (MD5) / Durante os últimos anos, o desenvolvimento da microeletrônica na indústria provocou um aumento significativo nas concentrações do calor gerado por componentes eletrônicos, devido a sua maior potência e a diminuição de seu tamanho. Os sistemas passivos de refrigeração convencionais se mostram deficientes quando têm o objetivo de dissipar fluxos de calor concentrados em pequenas áreas. Isso se explica pelo fato dos dissipadores possuírem um limite na capacidade de transferência de calor por condução, ocorrendo uma concentração das linhas de fluxo de calor, provocando o chamado "ponto quente". A utilização de uma câmara de vapor funcionando como um espalhador de calor, acoplado à base de um dissipador aletado convencional permite uma maior dissipação de calor devido a uma menor resistência térmica de espalhamento. Neste trabalho, um protótipo de um dissipador com câmara de vapor foi construído, testado e comparado com um dissipador convencional. O sistema desenvolvido usa água como fluido de trabalho com diversas razões de enchimento: 10%, 20%, 30% e 40% do volume total da câmara. Diversos níveis de taxa de transferência de calor (variando de 25W a 200 W) foram testados. Nos testes, o calor é gerado por um aquecedor elétrico acoplado à base da câmara do dissipador. Um dissipador convencional com as mesmas dimensões foi testado como referência. As distribuições de temperatura foram monitoradas experimentalmente em ambos os dissipadores. Os resultados mostram uma redução na resistência térmica global de 0,33 K/W do dissipador convencional para 0,27 K/W do dissipador com câmara de vapor, para uma potência aplicada de 200W e com razão de enchimento 30%. Para baixas potências, a resistência do dissipador com câmara de vapor é maior que a do dissipador convencional, indicando problemas de início de operação (ou start-up). A resistência térmica da câmara de vapor tende a reduzir com o aumento da taxa de transferência de calor aplicado na base. Os resultados preliminares aqui obtidos demonstram a viabilidade técnica da solução. Porém, um projeto térmico mais refinado da câmara de vapor levaria a uma redução ainda maior da resistência térmica global do dissipador.

A obtenção das características do escoamento transversal sobre bancos distribuições de de tubos é feita velocidade e através do cálculo das temperatura sobre tubos individuais com condições de contorno adaptadas de modo que tubos vizinhos compartilhem condições em suas fronteiras de entrada e sai da. O modelo matemático é composto pelas equações de quantidade de movimento Cem duas direções), da continuidade e da energia em coordenadas curvilíneas ortogonais. O esquema numérico empregado é o de diferenças :finitas, com um algoritmo de resolução do tipo dependente do tempo (TDT). O método numérico apesentado é aplicável a escoamentos estacionários, bidimensionais, incompressíveis, laminares e turbulentos com troca térmica em regime de convecção forçada. Para o presente estágio de desenvolvimento do trabalho, os resultados obtidos são considerados satisfatórios para bancos de tubos com arranjo em linha e triangular para números de Reynolds até 4.105 e 1.108 respectivamente. / Crossflow in banks of tubes is solved by evaluating the velocity and t.emperature distributions around cylinders with coupled boundary conditions, in such way t.hat. subsequent. cylinders shares entrance and exit conditions. The mathematical formulation of this problem contains momentum, continuity and energy equations in orthogonal curvilinear coordinates. The numerical method employed is finite-difference based on the Time Dependent Technique (TDT). The numerical met.hod is applicable to steady, bidimensional, incompressible, laminar and turbulent. flows with forced convection. The results of this simulation showed good agreement comparing with experimental data, for Reynolds numbers up to 4.105 for banks e whith tubes in line, and up to 1.10 for staggered banks.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-07-18T04:10:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346018.pdf: 9429291 bytes, checksum: a62ed8a1c3b9dbf614fff3ae82541ae9 (MD5) Previous issue date: 2016 / O avanço tecnológico da microeletrônica permitiu o aumento da capacidade de transporte de informações dos microprocessadores e a redução do seu tamanho, tornando os computadores mais rápidos e menores. Porém, esses avanços apresentam consequências como uma maior taxa de produção de calor por efeito Joule, elevando a temperatura de operação desses componentes. Para garantir as condições de operação, são empregados dispositivos com capacidade de transferir grandes taxas de calor. Dentre estes dispositivos, se encontram os tubos de calor em circuito ou LHP?s (Loop Heat Pipes). No segmento aeronáutico, devido ao crescente uso de equipamentos eletrônicos, as tecnologias de tubos de calor, mais especificamente de LHPs, têm sido cada vez mais utilizadas, pois são passivas, podem funcionar sem o auxílio da gravidade e transportam o calor a média e longa distância. As estruturas capilares que compõem estes dispositivos são fabricadas basicamente de materiais porosos metálicos, poliméricos ou cerâmicos. Para materiais metálicos sinterizados, diversos arranjos de materiais e estruturas têm sido testados, visando aumentar a capacidade de troca térmica do dispositivo. A grande dificuldade no emprego de materiais metálicos como o cobre é a possibilidade de se formar vapor no interior do meio poroso, bloqueando o fluxo de fluido de trabalho pelo dispositivo, causado pela elevada condutividade térmica do elemento poroso. Associada ao uso de materiais porosos sinterizados de cobre, é usada água como fluido de trabalho, por sua compatibilidade química e pelo maior número de mérito dentre os fluidos de trabalho mãos comuns. Porém, a água apresenta uma variação muito baixa da pressão de saturação com relação à temperatura, de forma que deve-se projetar evaporadores com pequenas perdas de carga e mínima transferência de calor parasita para a câmara de compensação. Se uma quantidade considerável de vapor é produzida na câmara de compensação, este permanece confinado, bloqueando total ou parcialmente o fluxo de fluido de trabalho, impedindo o fluxo de vapor no canal do evaporador e o retorno do condensado para a região de bombeamento capilar e, consequentemente, aumentando a resistência térmica total do dispositivo. Nesse trabalho foi realizada uma análise teórica e experimental da transferência de calor e massa em meios porosos sinterizados, considerando-se mudança de fase do fluido de trabalho no evaporador de tubos de calor em circuito. Modelos matemáticos para as propriedades termofísicas dos meios sinterizados de cobre, empregados no evaporador de um LHP, foram propostos e comparados com dados experimentais. Nesta análise, foram estudados os parâmetros geométricos críticos para o projeto de um evaporador para um tubo de calor em circuito, considerando-se como parâmetro de entrada as características geométricas do material particulado utilizado na fabricação da estrutura capilar do meio poroso sinterizado do tubo de calor em circuito, assim como a temperatura de operação e a massa de fluido de trabalho.<br> / Abstract : Technology advances in microelectronic systems lead to the development of high speed processing, with microprocessors of smaller sizes, which are ever lighter and faster. Conversely, these advances lead to the increase of the heat flux dissipation requirements. In this context, highly conductive heat transfer devices, able to remove the generated heat from electronic components, are required. Among these devices, heat pipes and loop heat pipes (LHP) are increasingly considered for the thermal management of electronic components. In aeronautics, where the use of electronic components has increased in the last decade, the heat pipes and loop heat pipes (LHP) are progressively being considered for thermal control due to the capacity to transfer large amount of heat, through short to considerable long distances, without the use of mechanical pumps or refrigeration systems. The wick structures that constitute these devices are basically made from metal, polymer or ceramic sintered porous media. Several arrangements have been tested for metal sintered porous media, in order to increase the heat transfer capacity of the LHP. The main concern of using copper is the possibility of blockage of the working fluid flow within the LHP, due to the presence of vapor inside the wick. Actually, due to the high thermal conductivity of porous media, vapor can be formed inside the wick, remaining confined, which can block fully or partially the working fluid passage along the evaporator. Associated with copper sintered porous media, water is selected as the working fluid due to its chemical compatibility with the copper and due to its large figure of merit in comparison to other working fluids. However, water presents a low variation of the saturation pressure as a function of temperature. This characteristic requires the design of evaporators with minimum pressure drop and minimum parasitic heat flows (heat leak) to the compensation chamber. Actually, an undesired heat leak to the evaporator compensation chamber may produce vapor, which may remain confined, fully or partially blocking the working fluid flow, and, consequently, increasing the total thermal resistance of the device. In this work, theoretical and experimental heat and mass transfer analyses of a copper sintered porous media, considering working fluid phase change, in a LHP evaporator, is developed. Mathematical models for the thermophysical properties of the copper sintered porous media were proposed and compared with experimental data. Analyses were performed on critical geometry parameters to LHP design, which includes the geometry characteristics of the powder used in the sintered porous media fabrication, as well as the operating temperature and the working fluid mass.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:17:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 93393.pdf: 3977170 bytes, checksum: 17b0f8b287f3e307cf7ecc1e93df5808 (MD5) Previous issue date: 1993 / O presente trabalho apresenta um equipamento para medição de condutividade térmica, através do método da placa quente protegida. Este método é empregado para materiais isolantes, com uma condutividade térmica inferior a 2W/mK, utilizados principalmente na construção civil. A determinação da condutividade térmica e propriedades relacionadas envolve a medição do gradiente de temperatura produzido em uma determinada espessura de amostra, submetida a uma densidade de fluxo de calor unidimensional e em regime permanente. O equipamento construído com tecnologia nacional, através de um projeto FINEP-PADCT, obedece fundamentalmente às normas BS 874, ASTM C177-85, AFNOR NFX10-021 e ISO 8302. Dispõe ainda de um sistema de aquisição e controle de sinais, que efetua as etapas de aquisição, processamento e controle de sinais em tempo real, não sendo necessário a sua operação durante a execução do ensaio.

Tese(Doutorado) - Universidade Federalde Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:19:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 108470.pdf: 28186476 bytes, checksum: 27d59429c5027383083e5036c11b64e8 (MD5) Previous issue date: 1996 / A investigação experimental de uma placa de resfriamento operando como evaporador num circuito capilar bifásico (CPL) é o principal enfoque deste trabalho. A placa foi construída a partir de bombas capilares com ranhuras de secção triangular obtidas da empresa alemã do ramo aeronáutico MBB/ERNO. As bombas possuem um comprimento de 500 mm e um diâmetro externo de 19 mm. O CPL, construído e montado nas instalações do IKE - Institut für Kernenergetik und Energiesystem da Universidade de Stuttgart, foi carregado com freon 11 a pressão de 1,25 bar. O material usado na confecção dos componentes do CPL foi o aço inoxidável com exceção da placa, que foi feita em alumínio. O estado de arte de circuitos capilares bifásicos é aqui apresentado. A dinâmica da partida de operação do CPL, estabilidade de operação em regime permanente bem como o fenômeno de secagem no interior das bombas capilares foram investigados de forma criteriosa. Ênfase foi dada na determinação das condições sob as quais o sistema falha operacionalmente. Na execução dos experimentos várias condições de fluxo de calor aplicado no evaporador bem como do nível de subresfriamento do líquido na entrada das bombas capilares foram adotadas. Os perfis transientes de temperatura em vários pontos do CPL e da placa de resfriamento são levantados. O coeficiente de transferência de calor na placa é estimado com base na distribuição de temperatura na parede das bombas capilares. Os resultados demonstram boa performance da placa de resfriamento para fluxos de calor variando de 25 a 175W (coeficientes de troca de até 1.5 W/cm2K). Esforços recentes têm sido feitos no sentido de melhorar o desempenho hidrodinâmico das bombas capilares através de modificações no seu aspecto construtivo. As bombas então modificadas serão testadas com amônia como fluído de trabalho como uma nova etapa nesta linha de pesquisa.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1988. / Made available in DSpace on 2013-12-05T20:01:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 82017.pdf: 2505712 bytes, checksum: 407aa9b7591ea76a2c7636326ee31580 (MD5) Previous issue date: 1988 / A solução numérica do problema da convecção natural laminar em cavidades hexagonias é obtida neste trabalho usando-se o método dos volumes finitos em coordenadas que se adaptam às fronteiras do domínio de cálculo. O conjunto de cavidades hexagonais estudado é obtido variando-se o ângulo entre os dois lados inclinados do hexágono, mantendo-se os outros dois lados horizontais. Os lados inclinados da esquerda são aquecidos, os lados inclinados da direita resfriados enquanto que os dois lados horizontais são adiabáticos. Este conjunto é formado por cavidades de ângulos de 30o a 180o. Do ponto de vista numérico, o sistema de equações é resolvido utilizando-se um método implícito usando variáveis primitivas, empregando-se o método MSI (Modified Strongly Implicit procedure) para resolver os sistemas linearizados obtidos com a discretização da equação da energia e da conservação da massa.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Gabriela Lima (gabrieladaduch@gmail.com) on 2017-11-30T12:57:36Z No. of bitstreams: 1 2017_ClaudioOrlandoAdasmeCorvalán.pdf: 10557546 bytes, checksum: 3f29a947e2c52e16174540dc13d600c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-01-25T13:21:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_ClaudioOrlandoAdasmeCorvalán.pdf: 10557546 bytes, checksum: 3f29a947e2c52e16174540dc13d600c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-25T13:21:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_ClaudioOrlandoAdasmeCorvalán.pdf: 10557546 bytes, checksum: 3f29a947e2c52e16174540dc13d600c1 (MD5) Previous issue date: 2018-01-25 / O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um modelo numérico de um sistema de armazenamento de energia térmica (TES), consistiu num meio do tipo poroso que armazena energia em forma de calor sensível. O modelo proposto considera um sistema de duas equações diferenciais, que definem o balanço de energia das duas fases envolvidas, o fluido de transferência e o sólido poroso. Estas duas equações estão inter-relacionadas pela transferência de calor por convecção. Para definir alguns parâmetros do modelo matemático, foram realizadas simulações 3D numéricas por médio de um software da dinâmica dos fluidos computacional (CFD). As simulações estacionárias consideraram variados comprimentos do meio poroso, como resultado, uma correlação empírica entre os números de Nusselt, Reynolds e Prandtl foi proposta. Os resultados do modelo e das simulações mostraram uma boa concordância, tanto na temperatura de saída do fluido, como na energia térmica armazenada no sólido. Em seguida, usando o modelo proposto, foram estudados os ciclos de carga e descarga do sistema para avaliar a sua evolução termodinâmica. Depois de alguns ciclos, o sistema de armazenamento chegou a um estabilidade térmica, mantendo estável os perfis de temperatura das fases no fim de cada processo de carga e descarga térmica. As curvas de eficiências em função dos parâmetros do comprimento e fluxo foram também elaboradas. Os resultados das analises anteriores estiveram dentro do esperado para este tipo de sistema, mostrando assim que o modelo proposto pode ser uma ferramenta útil e rápida para a analise operacional de este tipo de sistemas. / This work presents the results of a numerical modelling of a thermal energy storage system (TES). The storage media was defined as a solid honeycomb porous media for the storage of sensible heat. An air-solid two equation lumped model to the porous medium was formulated and solved numerically. In order to obtain the convective heat transfer coefficient, several 3D simulations in CFD software were performed considering different lengths for the storage medium. As result, an empirical Nusselt Reynolds correlation was proposed, this correlation, in conjunction with the proposed model, was validated with simulations performed in transient and steady state, showing a good agreement. Hence, using the model proposed, charge and discharge cycles were performed to evaluate the total energy storage and the outlet fluid temperature. Cycle stability was reached after several continuous cycles and efficiency curves as a function of length and mass flux were elaborated. These continuous operation results were in line with other works reported, proving that the proposed model can be a useful tool that it’s capable to perform complete operational cycles with a relative faster simulation time.

A obtenção das características do escoamento transversal sobre bancos distribuições de de tubos é feita velocidade e através do cálculo das temperatura sobre tubos individuais com condições de contorno adaptadas de modo que tubos vizinhos compartilhem condições em suas fronteiras de entrada e sai da. O modelo matemático é composto pelas equações de quantidade de movimento Cem duas direções), da continuidade e da energia em coordenadas curvilíneas ortogonais. O esquema numérico empregado é o de diferenças :finitas, com um algoritmo de resolução do tipo dependente do tempo (TDT). O método numérico apesentado é aplicável a escoamentos estacionários, bidimensionais, incompressíveis, laminares e turbulentos com troca térmica em regime de convecção forçada. Para o presente estágio de desenvolvimento do trabalho, os resultados obtidos são considerados satisfatórios para bancos de tubos com arranjo em linha e triangular para números de Reynolds até 4.105 e 1.108 respectivamente. / Crossflow in banks of tubes is solved by evaluating the velocity and t.emperature distributions around cylinders with coupled boundary conditions, in such way t.hat. subsequent. cylinders shares entrance and exit conditions. The mathematical formulation of this problem contains momentum, continuity and energy equations in orthogonal curvilinear coordinates. The numerical method employed is finite-difference based on the Time Dependent Technique (TDT). The numerical met.hod is applicable to steady, bidimensional, incompressible, laminar and turbulent. flows with forced convection. The results of this simulation showed good agreement comparing with experimental data, for Reynolds numbers up to 4.105 for banks e whith tubes in line, and up to 1.10 for staggered banks.

Orientador: Roger Josef Zem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T20:23:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarconeLopesda_D.pdf: 3389808 bytes, checksum: 03f86427c766d4edebd47932b03610f4 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A integração energética de processos é um dos ramo da engenharia química que ganhou grande relevância nos últimos 25 anos, em função da necessidade de se economizar energia nos processos industriais, além de reduzir a emissão de poluentes ao meio ambiente. Esta integração, ocorre através do aproveitamento de energia entre as correntes do processo, levando a síntese de redes de trocadores de calor, para processos novos, ou a modificação de redes existentes que operam de modo ineficiente. Inicialmente, a maior atenção foi dada ao desenvolvimento redes de troca de calor, com um elevado número de trabalhos presentes na literatura, os quais propunham metodologias de projeto de redes. No entanto, pouca atenção foi dada aos processos existentes. Somente em meados dos anos 80 surgiu a primeira publicação sobre a modificação de redes de trocadores de calor, retrofit. O Retrofit de redes consiste no aumento do nível de recuperação de energia em um processo, através da realocação dos trocadores existentes e aumento da área de troca térmica, por meio da alocação de novos trocadores. Entretanto, dois fatores principais são desconsiderados em metodologias estudadas: a distribuição da área de troca térmica da rede existente e a queda de pressão nas correntes... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The study of retrofit procedures for heat exchanger networks hás been subject of numerous research work, due to its importance in inergy-saving policies in chemical processes. Early work focused on the cost (and area) estimation of the additional exchangers required to achieve the new process conditions, without considering the layout of the existing network. Later work moved to a more detailed analysis of the existing exchangers. The main drawback of these methods in that they are restricted to constant heat transfer coefficients, and do not take into account the available pressure drop for new exchangers. In this work, a new procedure for heat exchanger network retrofit is proposed. The procedure takes into account the existing exchanger network and the maximum additional pressure drop allowed for each stream. The new procedure is based on the simultaneous minimization of the additional area, constrained to the available pressure drop and existing exchanges. The network is modeled as a sequence of subnetworks, similar to the traditional 'spaghtti network¿. The spaghetti networks is extended to include both the existing exchangers and the new exchangers, and described as a nonlinear programming problem, where the object function is the additional area (and cost), subject to the maximum pressure drop available for each stream... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T05:36:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MariadasGracasEnriqueda_D.pdf: 4843069 bytes, checksum: 5d14208a1e0e1647977459c078a921f4 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Este trabalho tem o propósito de estudar numericamente a fusão de um material de mudança de fase ao redor de um cilindro horizontal aquecido, visando a aplicação deste tipo de processo em sistemas de armazenamento de energia na forma de calor latente. A influência da convecção natural na fase líquida foi levada em consideração. O modelo matemático foi formulado em termos das variáveis primitivas, sendo este bidimensional e transiente. A técnica de transformação de coordenadas foi utilizada para fixar e tornar regular a frente de fusão que se desloca ao longo do tempo. O método dos volumes finitos foi empregado para discretizar o sistema de equações diferenciais que governam o modelo matemático, resultando em um sistema de equações algébricas lineares. A solução numérica foi determinada utilizando-se um esquema implícito para as equações da conservação, enquanto, a equação do balanço de energia na fronteira líquido-sólido, foi obtida explicitamente. Analisou-se também a influência dos termos advindos da transformação de coordenadas, presentes nas equações governantes, na solução numérica do modelo. Os resultados numéricos obtidos pelo presente modelo foram comparados com outros disponíveis na literatura, apresentando uma boa concordância. Resultados e correlações para alguns parâmetros fundamentais no dimensionamento de sistemas térmicos também foram obtidos e discutidos neste estudo / Abstract: This work deals with the numerical study of the melting of a phase change material surrounding a horizontal heated cylinder looking at application of this type of process in latent heat thermal energy storage. The influence of the natural convection in the liquid phase has been considered. A two dimensional unsteady mathematical model has been formulated in terms of primitive variables. A transformation coordinate technique has been used to fix and become regular the fusion front moving along the time. The finite volume approach was used in order to discretize the differential equation system governed by the mathematical model, giving a linear algebraic equation system. The numerical solution was determined using a implicit scheme for the momentum and energy equations, while an explicit scheme was used for the interfacial energy balance. The influence of the terms that arise in the governing equations due to the coordinate transformation was investigated. Numerical results from the present model were compared with others models suitable in the literature with good agree. Results and correlations for some important parameters in the design of thermal systems were also obtained and addressed in the present work / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica