Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T10:14:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_MonicaMaria_D.pdf: 22839253 bytes, checksum: 5b75fb19dab247e8a385951f35109af4 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Pesquisa em armazenamento térmico na forma de calor latente em sistemas com e sem aletas é bastante avançada e muito intensa. A presente pesquisa visa investigar o comportamento térmico e os efeitos dos parâmetros geométricos e operacionais no desempenho de um armazenador de calor latente de geometria cilíndrica anular de aletas alternadas. O modelo matemático é baseado na formulação bidimensional do problema de condução com mudança de fase onde as temperaturas de entrada dos dois fluidos interno e externo são mantidas constantes. A solução numérica é obtida usando o método de volume de controle finito e o esquema ADI. O acoplamento deste problema com os fluidos de trabalho interno e externo é obtido pelo balanço de energia nos respectivos elementos e elementos de mudança de fase, obtendo assim as temperaturas de mistura em função do tempo e da posição. A tração de massa solidificada/fundida,a efetividade e o NTU são analisados em função das variações da geometria e do número de aletas, o espaçamento anular, número de Biot e Stefan, as temperaturas dos fluidos de trabalho e os respectivos números de Reynolds dos fluidos de trabalho / Abstract: Research activities in thermal energy storage in the form of latent heat in storage systems with and without fins are well advanced and intense. The present research project aims to investigate the thermal behavior and the effects of the geometrical and operational parameters on the performance of the latent heat storage units of cylindrical annular model is based upon a two-dimensional formulation of the heat conduction with phase change where the inlet temperatures of the two working fluids are maintained constants. The numerical solution is realized using the finite volume control method and the ADI scheme. The coupling of the above problem with the two working fluids, is obtained by energy balance on the respective fluid elements and the phase change elements, and consequently the fluid bulk temperature is determined in terms of the time and space. The solidified/melt mass ftaction, the effectiveness and the NTU are analyzed in terms of the variation in the geometry number of fins, the annular spacing, the Biot and Stefan number, the temperature and the Reynolds numbers of the working fluids / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T06:10:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leal_JanainaFerreiraBatista_D.pdf: 4411741 bytes, checksum: 8d0ddfbcd77494a9a4293c4a9a9e667e (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: O objetivo deste trabalho é o estudo numérico e experimental de tanques de armazenamento de calor sensível em líquido estratificado.Estuda-se um modelo bi-dimensional baseado nas equações de conservação da massa, conservação da quantidade de movimento e conservação da energia.Para a solução numérica utiliza-se o método de volume de controle devido a Patankar. Analisa-s a degradação da estratificação no caso de resfriamento natural com o tanque estacionário, e alguns parâmetros que influenciam os processos de carregamento e descarregamento. O modelo bi-dimensional é simplificado e apresenta-se os resultados numéricos para armazenamento a quente e a frio comparando-se estes dois modelos. Conclui-se que o modelo simplificado apresenta precisão dos resultados somente nos instantes iniciais. Compara se também os resultados numéricos com os resultados experimentais de alguns autores, onde é obtida uma concordância relativamente boa. Finalmente, compara-se os resultados numéricos e experimentais para os casos de resfriamento natural e para os processos de carregamento e descarregamento, obtendo-se uma boa aproximação entre as curvas / Abstract: The objective of this work is the numerical and experimental study of liquid stratified storage tanks by sensible heat. A two-dimensional model is employed based upon the equations for conservation of mass, momentum and energy. The numerical solution is obtained using the control - volume method due to Patankar. The degradation of stratification is analysed for the natural cooling, with stationary tank, and some parameters influencing charging and discharging operations. The two-dimensional model is simplified and the numerical results are showed for hot and cold storage, where the models are compared with each other. The simplified model is accurate only during the first instants. Numerical results are compared with experimental results of other authors, and a reasonably good agreement is obtained. Finally, the numerical and experimental results for the natural cooling, charging and discharging operations are compared and a good agreement is again obtained. / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Univesidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T06:44:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Abugderah_MabrukMansor_D.pdf: 5899929 bytes, checksum: 2c433d6b10f00ea7913b826bbff1ebb6 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho, um sistema de armazenamento de energia de mudança de fase tipo casco e tubo é modelado. O material de mudança de fase está no casco e o fluido de transferência de calor está circulando nos tubos por convecção forçada. Este sistema é resolvido usando os modelos numérico e semi-analítico. No modelo numérico as equações de quantidade de movimento são discretizadas usando o método de volumes de controle. As equações de quantidade de movimento discretizadas são resolvidas usando o procedimento SIMPLE. O campo de velocidade obtido é substituído na equação de energia do fluido do trabalho. Para resolver todo o problema como um único domínio, a equação da energia do fluido de transferência de calor é acoplada com as equações de energia da parede do tubo e do material de mudança de fase. Para efetuar o acoplamento é utilizada a média harmônica das respectivas condutividades térmicas. No caso do modelo semi-analítico, ao invés de resolver as equações de quantidade de movimento, o perfil da velocidade de um escoamento inteiramente desenvolvido é utilizado. Os dois modelos são utilizados para analisar e predizer o desempenho térmico de dois armazenadores térmico; um é de temperatura baixa e o outro é de temperatura moderada / Abstract: In this work, a phase change thermal storage system of the shell and tube type is modelled. The phase change material is located in the shell and the heat transfer fluid is circulating in the tubes by forced convection. The system is solved using numerical and semi-analytical models. The numerical model consists of solving the momentum and energy equations using the control volume method The obtained velocity field is substituted in the energy equation of the HTF. To solve the problem as one domain, the energy equation of the working fluid is coupled with the energy equations of the tube wall and the phase change material. In the case of the semianalytical model, instead of solving the momentum equations, the parabolic velocity profile of a fully developed flow is used. The models are used to analyse and predict the thermal performance of two phase change thermal storage systems, one for moderate temperature application and the other is of low temperature applications / Doutorado / Termica e Fluido / Engenharia Mecanica

Orientador : Kamal A. R. Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-15T01:33:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nogueira_LuizAugustoHorta_M.pdf: 3118643 bytes, checksum: c568025f4e03aa58242e54877de52b0c (MD5) Previous issue date: 1981 / Resumo: Este trabalho analisa: de modo teórico ,e experimental a degradação da estratificação térmica em tanques de armazenamento por calor sensível. Desenvolve-se um modelo físico do sistema e resolve-se as equaç6es básicas pelo método das diferenças finitas. Compara-se os resultados teóricos e experimentais, com boa concordância. Analisa-se para efeito dos parâmetros geométricos e operacionais sobre a estratificação, obtendo se uma expressão de correlação. Discutem-se aspectos da estabilidade em tanques estratificados / Abstract: This work analyses theoretically and experimentally the degradation of thermal stratification in storage tanks by sensible heat. A physical model of the system 1.5 developed and the basic equations are solved by finit difference methods. Good agreement is reached with experiments. A correlation is established from the analysis of geometric and operational parameters effects on stratification. Aspects of stability in stratified tanks are also discussed / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal A. R. Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T01:22:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Scalon_VicenteLuiz_D.pdf: 8293635 bytes, checksum: 5f0ee3af18ba4e94dca36205bd6d2ae0 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia que foi elaborada para a solução de problemas de mudança de fase, através do método de elementos finitos, na qual se considera a convecção natural no meio fluido. Diversos métodos de solução tanto para o problema de mudança de fase como de convecção natural foram avaliados, procurando identificar os mais adequados. Os métodos apresentados foram validados separadamente permitindo, desta forma, a avaliação detalhada do seu comportamento sob os mais diferentes aspectos e, principalmente, a sua eficiência na solução do problema considerado. Depois disto, é resolvido um problema genérico que envolve tanto os fenômenos de mudança de fase como convecção natural. Os resultados assim obtidos permitiram a validação do modelo genérico através da sua comparação com resultados previamente publicados na literatura. Após a etapa de validação, o modelo completo, que engloba mudança de fase e convecção natural, é aplicado a uma geometria aletada típica de armazenadores térmicos. Alguns resultados que permitem a avaliação de diversos parâmetros de influência em projetos deste tipo são apresentados e analisados / Abstract: This work presents a new formulation, based on the finite elements method approach, for the solution of phase change problems with natural convection in the fluid phase. Several methods of solution for the problems of phase change and natural convection are evaluated. These methods were validated and a detailed evaluation of its behavior under different aspects and, mainly, its efficiency in the solution of the proposed problem were equaly evaluated. A generic problem which involves the phase change and natural convection phenomenon is solved. The obtained results allowed the validation of the generic model through comparison with results previously published. Consequently, the phase change problem with natural convection is applied to a typical finned geometry used in thermal control and storage units. Additional results that evaluate the influence of some parameters in this kind of equipment are presented and analyzed. / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

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

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-17T01:56:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carrocci_LuizRoberto_D.pdf: 1574660 bytes, checksum: 3b6a30ff0989df5c110a8c3a3275b8f7 (MD5) Previous issue date: 1987 / Resumo: Esse trabalho apresenta como objetivo principal estudar o comportamento térmico de um armazenador de calor sensível em líquido estratificado. Para esse estudo foram montados modelos usando as equações de conservação com algumas considerações, acompanhadas das condições de contorno adequada para cada situação de operação do armazenador. Com esses modelos resolvidos numericamente pelo método de diferenças finitas, foram determinados os perfis mostrando a degradação da estratificação no resfriamento natural e o comportamento da temperatura em carregamento e descarregamento. Todos os casos resolvidos teoricamente foram simulados na pratica, numa montagem feita no laboratorio de Armazenadores da FEC-UNICAMP. Finalmente os resultados experimentais e teóricos foram confrontados apresentando boas aproximações. / Abstract: The principal objective of this work is to study the behavior of a sensible heat storage system with stratified liquid. For this study, the analytical model used were based on the equations of conservation with boundary conditions chosen for each mode of operation of the storage system. These models were solved numerically using a finite difference method and the results presented show the degradation of stratification in the storage tank by natural cooling and its temperature behavior during charging and discharging operations. In order to establish the validity of the proposed models, the numerical results were tested against experiments carried out in an apparatus specifically designed and built in the heat storage laboratory of FEC-UNICAMP. Finally the experimental and theoretical results were compared and showed reasonably good agreement. / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-06-27Bitstream added on 2014-06-13T19:32:34Z : No. of bitstreams: 1 souza_lmp_me_bauru.pdf: 1572366 bytes, checksum: b4f3b5bc0ddb17fad3e39f5f59ec6a72 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / No estudo de reaproveitamento de energia térmica, os refrigeradores domésticos dissipam calor para o meio ambiente, através do seu condensador, e esse calor pode ser reciclado, ou seja, recuperado através de escoamento de água, como fluido refrigerante escoando pelo condensador e armazenada em um reservatório. Para isto, construi-se um aparato experimental contendo um refrigerador doméstico, duplex com capacidade de 263 litros para o gabinete de refrigeração e 74 litros para o gabinete de congelamento. O refrigerador tem seu condensador acrescido por um trocador de calor tipo tubos concêntricos em contra corrente, cuja fruição é condensar o fluido refrigente utilizando água em circulação. Dessa forma, caso ocorra o carregamento térmico total do tanque de armazenagem, o calor será originalmente dissipado para o meio ambiente, através do condensador aletado. A água aquecida é então armazenada em um reservatório térmico via estratificação térmica. Assim calculou-se as vazões de água aquecida e fluido refrigerante, como também o coeficiente de desempenho do sistema acumulado. Os resultados mostraram que a vazão de água bem como o coeficiente de desempenho do sistema aumenta de acordo com o aumento da pressão hidrostática. Desta maneira, dos resultados obtidos pode-se concluir que a otimização do experimento se dá de forma eficaz e que, o reaproveitamento da água quente proveniente do condensador é perfeitamente possível, reduzindoo consumo de energia elétrica com aquecedores de água e ainda, minimizando a dissipação de calor para o meio ambiente, sem alterar o funcionamento do refrigerador / In the study of recycling thermal energy it is know that domestic refrigerators dissipate heat to environment through the condenser. This heat can be recycled by a water flow, as a coolant in a modified condenser, and stored in a Domestic Hot Water Storage Tanks (DHWST). Thereby, an experimental apparatus was built containing one domestic refrigerator, each one with capacity of 263 liters in the cooling cabinet and 74 liters in the freezing cabinet. The refrigerators had the condenser increase by a type heat exchanger concentric tubes with a counter-current flow, which has the function of replace the original finned exchanger, condensing the coolant with water flow. Thus, in case the total thermal loading of the storage tank, the heat is dissipated to the original environment through the condenser finned. The heated water is then stored in a thermal reservoir via thermal stratification. In these conditions, the flow of heated water and refrigerant was calculated, as well as the coefficient of performance of the system. The results show that the water flow rate and the coefficient of performance of the system increases with the increase in hydrostatic pressure. According to these results, the experiment optimization is effective and it is totally possible to reuse the warm from modified condenser system, what could reduce the electric energy consumption in water beater and minimize the heat dissipation to environment, without modifying the refrigerator operation

Orientador: José Alexandre Matelli / Banca: Celso Eduardo Tuna / Banca: Amir Antônio Martins Oliveira Júnior / Resumo: O uso de células combustível de baixa temperatura embarcadas em aeronaves pode favorecer a geração de energia elétrica sem maiores impactos ambientais. Se, por um lado, o projeto de aeronaves atuais requer o uso de sistemas dedicados, por outro há uma maior demanda de energia elétrica a bordo. Isto significa que a pressurização da cabine, o sistema anti-gelo e a hidráulica da aeronave não devem depender da extração de ar do compressor das turbinas ou da potência de eixo. Entretanto, células combustível a hidrogênio apresentam dificuldades aos projetistas devido aos tanques de armazenamento, componentes em alta pressão e altas temperaturas para a reforma. Neste contexto, as células-combustível a etanol direto são uma tecnologia promissora. Publicações recentes mostram que, devido à baixa eficiência, células a etanol líquido em eletrólitos de membrana polimérica produzem calor residual. Conforme o Diagrama de Sankey obtido neste trabalho, 68% da energia total do combustível é convertida em calor, que deve ser gerenciado para evitar o ressecamento da membrana e o colapso do sistema. No presente trabalho um arranjo teórico de células a etanol direto é estudado. A metodologia leva em conta as demandas de energia de uma aeronave a jato de transporte regional em cada etapa do voo (táxi, decolagem, cruzeiro, descida e pouso). O trabalho apresenta uma contribuição inédita pela análise exergética do arranjo, que fornece um bom critério para a melhor escolha entre um sistema de cogeração ou recuperação de calor a bordo. Em um sistema otimizado, o calor residual pode ser utilizado no aquecimento de cabine ou aquecimento do combustível da aeronave. São apresentadas algumas estimativas de capacidade de aquecimento do combustível e da produção de água aquecida. A metodologia pode auxiliar ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: he use of low temperature fuel cell stacks onboard aircrafts may provide a good way to generate electricity with less environment impact. Nowadays, the design of jet aircrafts requires embedded systems, which demand more electric power. This means that cabin air pressure, anti-icing and hydraulics should not depend on the engine bleed air or shaft power. However, hydrogen fuel cells pose difficulties for aircraft designers due to the storage tanks, high pressure systems and high temperatures for reforming. In this context, direct ethanol polimeric fuel cells are a promising technology. Recent publications show that the low efficiency of liquid ethanol in polymeric electrolyte produces waste heat. According to the Sankey Diagram obtained, 68% of the total input energy is heat that must be managed to avoid electrolyte drying and system collapse. In this article, a theoretical direct ethanol fuel cell stack is studied. The methodology takes into account the energy demands of a regional jet for each flight regime (start up, taxi, take off, cruise, descend and landing). It provides an unprecedented exergetic analysis that points out a good hint to choose between cogeneration or heat recovery onboard aircraft. The waste heat may be recovered for cabin and aircraft fuel heating in an optimized system. Some predictions for aircraft fuel heating capacity and water production are also presented. The methodology may help designers to decide which configuration is more appropriate (whether use heat recovery for cabin heating or a pure electric fuel cell stack) for the aircraft mission sought / Mestre

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura, Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T14:52:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Benta_EdnaSantiago_D.pdf: 5782041 bytes, checksum: 9d6cfbaef9f969ec862ca4c60ac1ed9d (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: No presente trabalho foi estudado experimental e numericamente o processo de solidificação da água ao redor de tubos curvos com diferentes temperaturas de entrada do fluido remgerante e números de Dean, que quantificam o grau de curvatura do tubo. O principal objetivo fundamenta-se em analisar a influência desses parâmetros sobre a espessura da camada de gelo, uma vez que uma das principais aplicações deste trabalho consiste em levantar parâmetros de projeto para armazenadores de calor latente. A espessura da camada de gelo foi determinada fotograficamente, isto é, através de uma câmara de vídeo que capturava as imagens da camada em intervalos pré-determinados de tempo, e eram posteriormente digitalizadas. Foi desenvolvido um programa numérico condutivo, sendo utilizada a técnica de imobilização da fronteira móvel, e as equações diferenciais do modelo discretizadas pelo método de volumes finitos. COlTelações para Nusselt nas curvaturas externa e interna do tubo foram empregadas no modelo. Como foram poucos os trabalhos experimentais e teóricos encontrados relacionados à solidificação da água ao redor de tubos curvos, este trabalho vem contribuir neste sentido / Abstract: An experimental and theoretical investigation of water solidification around curves pipes with different brine inlet temperatures and Dean numbers, that quantify the curvature ratio of the pipe, was performed. The main objective of this work dea1s with the influence of these parameters upon the thickness ofthe frozen layer once one ofthe main application of this work consists on to obtain parameters that can be applied in the design of latent heat storage. The thickness of the frozen layer was assayed by photography, namely, a video camera was used in order to obtain images of the frozen layer at chosen time intervals and further digitized. A conductive numerical program has been developed using the moving boundary immobilization technique with the differential equations of the model discretized by the finite volume method. Nusselt correlations for the outer and inner tube curvature were used in this mode!. Few experimental and theoretical works have been found in the literature concerned to water solidification around curved tubes, therefore this work helps in this process understood / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica