Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T00:21:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_PauloCesar_D.pdf: 9460432 bytes, checksum: a4ee019f17e7647f5848af8566b1ec0b (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Neste trabalho, um novo procedimento de solução para as equações de escoamento discretizadas pelo esquema FLUX-SPLlNE é proposto seguindo a ótica do algoritmo SIMPLER. Demonstra-se através de problemas teste, que tal procedimento produz resultados mais acurados que os fornecidos pelo procedimento original idealizado pelo autor do esquema FLUX-SPLlNE. Tais modificações são usadas então para a simulação de escoamentos em cavidades abertas acionados por convecção natural, onde se faz a comparação dos resultados aos da literatura que usa o tradicional esquema POWER-LAW / Abstract: In this work, a new solution procedure to fluid flow discretized equations by FLUX-SPLlNE scheme is proposed following the point of view of the SIMPLER algorithm. By using test problems it is shown that this procedure yields results wich are superior to those obtained using the original solution proceduFeidealized by the author of the FLUX-SPLlNE scheme. Such modifications are used to simulate fluid flow in open cavities driven by natural convection. The numerical results are compared with reference solutions available in the literature that use the traditional POWER-LAW scheme / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Marcelo Moreira Ganzarolli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T02:18:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Franco_AdmilsonTeixeira_D.pdf: 2688564 bytes, checksum: f202fe5c772924ee18201d9e7a10fc21 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho estuda-se a influência de uma parede formando um canal vertical quando é posicionada frontalmente a uma cavidade aberta. São consideradas duas condições de contorno para a parede posicionada em frente à cavidade: parede isotérmica à temperatura ambiente e parede adiabática. As paredes horizontais da cavidade aberta são adiabáticas e a parede vertical é mantida aquecida. A razão de aspecto da cavidade aberta, B = L/H, assume os valores 0,5, 1,0, 3,0 e 6,0, onde L é a largura e H a altura da cavidade. A faixa do número de Rayleigh estudada é de 103 a 107 e o número de Prandtl foi fixado como 1,0. É feita a análise da influência da razão de aspecto da cavidade e das condições de contorno da parede frontal sobre o valor do número de Nusselt médio, bem como o padrão de escoamento atingido em regime permanente. Para a solução numérica do problema, é empregado o método dos Volumes Finitos para a discretização espacial e o método SOLA para a discretização temporal. O esquema Power-Law é usado na aproximação dos termos convectivos e difusivos. Verifica-se que existem duas regiões distintas no domínio Ra x b/H, onde b/H é a distância adimensional entre as paredes do canal vertical: o escoamento no canal e o escoamento na cavidade. Quando o escoamento no canal está presente, o efeito da condição de contorno da parede frontal sobre o valor do número de Nusselt médio é pequeno. Para o caso do escoamento restrito à cavidade, a condição de contorno da parede frontal passa a ser importante. O aumento da razão de aspecto B para um mesmo número de Rayleigh, sendo Rayleigh < 104, faz com que a convecção se torne cada vez menos importante, assim como a aproximação da parede junto à entrada da cavidade. O método de análise de escala, quando possível, é utilizado na tentativa de melhor explicar os resultados / Abstract: In this work the problem of natural convection in a rectangular open cavity with and without the presence of a shrouding wall has been analysed. One vertical wall is heated and the horizontal walls are adiabatic. The other vertical wall is open to the ambient or a fluid reservoir. That is the opening. A shrouding wall is placed in front of this open wall forming a vertical open channel. Two different boundary conditions are analysed for the shrouding wall: isothermal or adiabatic. The aspect ratio effect B = L/H of the open cavity has been defined such as 0.5, 1.0, 3.0 e 6.0, where L is the width and H is the cavity height. The Rayleigh number ranged from 103 to 107 and the Prandtl number was mantained at 1.0. The influence of the aspect ratio of the cavity and the boundary conditions of the shrouding wall on the Nusselt number is analysed, and the flow pattern under steady state conditions is determined. The numerical solution of the Navier-Stokes equations have been obtained using the Finite Volume Method for the spatial discretization, and the SOLA method for the time discretization. The Power-Law scheme was used to obtain the convective and diffusive terms of the Navier-Stokes and Energy equations. There are two distincts regions in the Ra x b/H domain, where b/H is the dimensionless distance between the vertical walls of the channel: the channel flow and the cavity flow. When the flow is present in the channel, the effect of the boundary condition on the shrouding wall on the average Nusselt number is small. For the flow restricted into the cavity, the boundary condition on the shrouding wall becomes important. When the aspect ratio B increases and the Rayleigh number is little than 104, the convection becomes less important. The same occurs when the shrouding wall is too close from the opening. The scale analysis method is used to clarify the results when possible / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Marcelo Moreira Ganzarolli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T20:37:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Avelar_AnaCristina_D.pdf: 7553992 bytes, checksum: ac5ecbdd2e924c21075bbcc3f6bf42d8 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho a transferência de calor por convecção natural em uma série de placas planas, paralelamente dispostas, formando canais verticais abertos e contendo elementos protuberantes aquecidos e distribuídos sobre uma das paredes das placas é analisada numérica e experimentalmente. Situações de aquecimento uniforme e não-uniforme das placas são consideradas. Utiliza-se um modelo matemático bidimensional baseado nas equações de conservação da massa, conservação da quantidade de movimento e da energia, em regime permanente. A condução de calor através da placa de fixação dos elementos é considerada. As equações de Navier-Stokes são resolvidas na forma elíptica. As equações governantes são discretizadas utilizando-se o método de volumes finitos e resolvidas pelo algoritmo SIMPLEC. Condições de contorno de pressão especificada são adotadas na entrada e na saída do canal. Os testes experimentais utilizam um aparato com placas de fibra de vidro contendo elementos protuberantes de alumínio e seção quadrada. As placas são posicionadas em uma estrutura utilizada em equipamentos de telecomunicações. São realizados testes numéricos e experimentais variando-se a distância entre as placas, a potência de alimentação das mesmas e o posicionamento na placa dos elementos com diferentes taxas de dissipação de calor. Boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais é observada, particularmente para os menores valores de potência e distância entre placas. Diversas situações de aquecimento não-uniforme das placas são analisadas, sendo determinado um espaçamento ótimo entre placas, que maximiza a taxa de remoção de calor por unidade volume / Abstract: In this work, natural convection heat transfer ITom a series of vertical, parallel plates, forrning open channels containing heated protruding elements attached to one of the walls, is analyzed both numerically and ex.perimentally. Uniform and non-uniform heatin,g conditions of the plates are considered. A two-dimensional rnathematical model based on the conservation equations of mass, momentum and energy is used. Heat conduction to the walls is also considered and the Navier-Stokes equations are solved in elliptic formo The finite volume method is used for discretization and the SIMPLEC algorithrn for solving the pressure-velocity coupling. Specified pressure values are adopted at the channel entrance and exit. Experimental tests are performed in a facility containin,g fiberglass plates with protruding, square section, aluminum elements. The protruding elements have a resistance wire inside and are electrically heated by direct current sources. Plates arepositioned in a structure used in telecom equipment. Numerical and experimental tests are performed varying the distance between plates, the power supplied to the system and, in the non-uniform heating conditions, the position of the elements that are differentially heated. Good agreement is observed between numerical and experimental results, particularl)' for the srnaller distances and power levels. Several non-uniform heating conditions are analyzed and an optimum spacing between plates is determined, which maximizes heat dissipation per unit volume / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-04-15Bitstream added on 2014-06-13T19:30:01Z : No. of bitstreams: 1 kinoshita_d_me_ilha.pdf: 2189895 bytes, checksum: 18c800e5f3dc7c91ac3187a97f2410b9 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho realizou-se um estudo numérico do escoamento em gabinetes de refrigeradores domésticos operando em regime de convecção natural, usando-se o Método de Volumes Finitos. No procedmento numérico, o problema do acoplamento pressão-velocidade foi resolvido pelo algoritmo SIMPLE - Semi Implicit Method for Pressure Linked Equations para malha desencontrada. O esquema Power-Law foi utilizado como função de interpolação para os termos convectivo-difusivos e o TDMA-Tri Diagonal Matrix Algorithm foi usado para resolver os sistemas de equações algébricas. O gabinete do refrigerador foi modelado como uma cavidade tridimensional vazia sem prateleiras e o evaporador foi modelado como uma placa plana vertical com temperatura uniforme prescrita. O código numérico foi verificado parcialmente para problemas clássicos de convecção natural encontrados na literatura. Resultados experimentais preliminares para um refrigerador doméstico comercial de 350 l também foram levantados para a validação do código numérico. Após a validação do código numérico, as influências do posicionamento e temperatura do evaporador nos campos de temperatura e velocidade foram analisadas para três configurações do gabinete: gabinete sem gaveta de verdura, gabinete com gaveta de verdura e gabinete com gaveta de verdura com aberturas laterais. O modelo de gabinete com gaveta de verdura com aberturas laterais mostrou-se o mais adequado para estudar o problema. Nove posições do evaporador foram avaliadas, mostrando que o posicionamento na direção horizontal praticamente não influencia o campo de temperatura e velocidade do escoamento, enquanto que o posicionamento na direção vertical tem uma influencia significativa. Os campos de velocidade e temperatura e a carga térmica do evaporador... / A numerical study of the flow inside cabinets of domestic refrigerators working on natural convection regime is performed in this work using the Finite Volume Method as numerical procedure for solving the governing equations. The pressure-velocity coupling was solved using the algorithm SIMPLE–Semi Implicit Method for Pressure Linked Equations applied to a staggered mesh. The Power-Law scheme was used as interpolation function for the convective-diffusive terms, and the algorithm TDMA-Tri Diagonal Matrix Algorithm was used to solve the systems of algebraic equations. The model was applied to static refrigerator working in steady state with constant and uniform evaporator temperature. The cabinet was considered as an empty three-dimensional cavity without shelves and the evaporator was modeled as a vertical flat plate with prescribed uniform temperature. The numerical code was partially verified for classical natural convection problems usually found in the literature. Preliminary experimental results for a 350 l commercial domestic refrigerator were also obtained for validating the numerical code. After validating the numerical code, the influence of the positioning and temperature of the evaporator on the temperature and velocity fields were analyzed for three cabinet configurations: cabinet without vegetable drawer, cabinet with vegetable drawer, and cabinet with vegetable drawer presenting lateral openings. The model including the vegetable drawer with lateral openings showed to be the best model to study the problem. Nine evaporator positions were evaluated, showing that the positioning in the horizontal direction practically does not affect the temperature and velocity fields of the flow, while the vertical positioning has a significant effect on the results. The temperature and velocity... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: José Luiz Gasche / Banca: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Sidnei José de Oliveira / Resumo: Neste trabalho realizou-se um estudo numérico do escoamento em gabinetes de refrigeradores domésticos operando em regime de convecção natural, usando-se o Método de Volumes Finitos. No procedmento numérico, o problema do acoplamento pressão-velocidade foi resolvido pelo algoritmo SIMPLE - Semi Implicit Method for Pressure Linked Equations para malha desencontrada. O esquema Power-Law foi utilizado como função de interpolação para os termos convectivo-difusivos e o TDMA-Tri Diagonal Matrix Algorithm foi usado para resolver os sistemas de equações algébricas. O gabinete do refrigerador foi modelado como uma cavidade tridimensional vazia sem prateleiras e o evaporador foi modelado como uma placa plana vertical com temperatura uniforme prescrita. O código numérico foi verificado parcialmente para problemas clássicos de convecção natural encontrados na literatura. Resultados experimentais preliminares para um refrigerador doméstico comercial de 350 l também foram levantados para a validação do código numérico. Após a validação do código numérico, as influências do posicionamento e temperatura do evaporador nos campos de temperatura e velocidade foram analisadas para três configurações do gabinete: gabinete sem gaveta de verdura, gabinete com gaveta de verdura e gabinete com gaveta de verdura com aberturas laterais. O modelo de gabinete com gaveta de verdura com aberturas laterais mostrou-se o mais adequado para estudar o problema. Nove posições do evaporador foram avaliadas, mostrando que o posicionamento na direção horizontal praticamente não influencia o campo de temperatura e velocidade do escoamento, enquanto que o posicionamento na direção vertical tem uma influencia significativa. Os campos de velocidade e temperatura e a carga térmica do evaporador... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A numerical study of the flow inside cabinets of domestic refrigerators working on natural convection regime is performed in this work using the Finite Volume Method as numerical procedure for solving the governing equations. The pressure-velocity coupling was solved using the algorithm SIMPLE-Semi Implicit Method for Pressure Linked Equations applied to a staggered mesh. The Power-Law scheme was used as interpolation function for the convective-diffusive terms, and the algorithm TDMA-Tri Diagonal Matrix Algorithm was used to solve the systems of algebraic equations. The model was applied to static refrigerator working in steady state with constant and uniform evaporator temperature. The cabinet was considered as an empty three-dimensional cavity without shelves and the evaporator was modeled as a vertical flat plate with prescribed uniform temperature. The numerical code was partially verified for classical natural convection problems usually found in the literature. Preliminary experimental results for a 350 l commercial domestic refrigerator were also obtained for validating the numerical code. After validating the numerical code, the influence of the positioning and temperature of the evaporator on the temperature and velocity fields were analyzed for three cabinet configurations: cabinet without vegetable drawer, cabinet with vegetable drawer, and cabinet with vegetable drawer presenting lateral openings. The model including the vegetable drawer with lateral openings showed to be the best model to study the problem. Nine evaporator positions were evaluated, showing that the positioning in the horizontal direction practically does not affect the temperature and velocity fields of the flow, while the vertical positioning has a significant effect on the results. The temperature and velocity... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Marcelo Moreira Ganzarolli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T22:57:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_AndreDamiani_M.pdf: 4938161 bytes, checksum: e139ea372e776b57e12d4e6c9bb02645 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: No presente trabalho o resfriamento por convecção natural de uma placa plana, disposta em um meio infinito, contendo elementos protuberantes aquecidos e distribuídos uniformemente sobre uma das paredes da placa é analisado experimentalmente sob a condição de aquecimento uniforme. A parede oposta da placa de teste é isolada utilizando um aquecedor de proteção que possui as mesmas dimensões da placa de teste. Os testes experimentais utilizam um aparato com placa de fibra de vidro contendo elementos protuberantes de alumínio de seção quadrada, em cujo interior passa uma resistência. A placa de teste é posicionada em uma estrutura de ferro que foi projetada para permitir a variação da inclinação da placa. As trocas de calor por condução, através da placa de fixação dos elementos protuberantes, e por radiação, entre as superfícies das protuberâncias foram consideradas. Testes experimentais foram realizados variando a potência entre 30 e 70W para uma variação angular entre 0° e 60° a partir da posição vertical. Do presente trabalho concluiu-se que foi possível avaliar o número de Nusselt em função do número de Rayleigh para placa protuberante e inclinada através de uma única correlação, desde que a componente da aceleração gravitacional paralela à placa seja utilizada no cálculo do número de Rayleigh modificado / Abstract: In the present work, cooling with natural convection of a plate, disposed in an infinite middle, containing protruding heated elements and distributed evenly on one of the walls of the plate it is analyzed experimentally about the condition of uniform heating. The opposite wall of the test plate is considered isolated using a guard heater that possesses the same dimensions that the test plate. Experimental tests are performed in a apparatus containing fiberglass plates with protruding, square section, aluminum elements. The test plate is positioned in a structure of iron that was projected to allow the angular variation of the plate. The conduction heat transfer through the plate and radiation heat transfer among the surfaces of the protruding were considered. Tests were accomplished varying the power between 30 and 70W for an angular variation between 0° and 60° starting from the vertical position. The investigation shows that it is possible to evaluate Nusselt number as a function of the modified Rayleigh number for inclined and protruding plate through an only correlation, since to component of the gravitational acceleration parallel to the plate it is used in the calculation ofthe modified Rayleigh number / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Alberto C. Altemani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T23:26:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_EduardoBalster_D.pdf: 10914423 bytes, checksum: ecaf97a75c72546a03b89a1659ad36c3 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Uma investigação do resfriamento conjugado de placas aquecidas suspensas numa cavidade preenchida com ar foi realizada. Duas configurações da cavidade em estudo foram consideradas. Numa delas havia uma única placa, suspensa verticalmente, em posição central, no interior da cavidade. Na outra configuração havia duas placas idênticas suspensas em posições simétricas com relação ao plano médio vertical da cavidade. As paredes laterais e inferior da cavidade eram de material isolante. A parede superior era uma placa isotérmica de material condutor. Um aparato experimental foi construído e a condutância térmica global entre cada placa e o ar ambiente fora da cavidade foi obtida sob condições de regime permanente. O número de Rayleigh da cavidade encontrava-se dentro da faixa de regime laminar para todos os ensaios realizados. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados de simulações bidimensionais. Os mecanismos conjugados de condução, convecção e radiação térmica foram incluídos no modelo de análise térmica da cavidade. A solução das equações de conservação foram obtidas numericamente por meio de uma combinação de um método de volumes finitos com o método das radiosidades. Os efeitos de sombreamento provocados pela presença das placas no interior da cavidade foram levados em consideração. Das simulações realizadas foram obtidas as condutâncias térmicas globais para as placas, as frações de contribuição de cada modo de transferência de calor no resfriamento de cada placa e da cavidade e as temperaturas no interior da cavidade / Abstract: An investigation of the conjugate heat transfer tTomheated plates suspended in an air filled enclosure was performed. Two distinct configurations for the enclosure were considered. In the first, there was only one heated plate inside the enclosure, suspended in the central position. In the other configuration, there were two heated plates suspended inside the enclosure. They were symmetrically located with respect to the enclosure's vertical midplane. The side and the bottom walls of the enclosure were insulated, but the top wall was a conductive isothennal plate. An experimental apparatus was built and the global therrnal conductance of the heated plates to the ambient air outside the enclosure was obtained under steady state conditions. The Rayleigh number inside the enclosure was within the larninar range. The experimental results were compared with those of a two-dimensional simulation. The conjugate mechanisms of conduction, convection and therrnal radiation were included in the model for the thennal analysis of the enclosure. The solution of the conservation equations was obtained numerically via a combination of the finite volumes and the radiosities methods. The blockage effect of the heated plate to thermal radiation inside the enclosure was taken into account. From this simulation, the global thermal conductance of the heated plate, the distribution of the heat transfer among the three mechanisms, as well as values of the temperature inside the enclosure were obtained. / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Marcelo Moreira Ganzarolli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:25:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_ThiagoParente_D.pdf: 4552077 bytes, checksum: 0daf2dd559f652d5de2d91531c795a2d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A convecção natural em cavidades é um dos problemas fundamentais da transferência de calor. Nesse trabalho é estudada a transferência de calor conjugada em uma cavidade quadrada aquecida e resfriada por paredes adjacentes e com um sólido condutor inserido em seu centro. O tamanho e condutividade do sólido no interior da cavidade são caracterizados pelos parâmetros adimensionais ? e k*, definidos pela razão entre as dimensões do bloco e da cavidade, W/L, e a razão entre as condutividades do sólido e fluido, ks/kf, respectivamente. O efeito do bloco na transferência de calor da cavidade é investigado a partir de um estudo paramétrico abrangendo a faixa de número de Rayleigh (Ra) de 10^3 a 10^6, ? de 0,1 a 0,9, k* de 0,001 a 100 e número de Prandtl de 0,7 e 7,0. Os resultados são obtidos a partir da solução numérica das equações governantes e apresentados na forma de número de Nusselt, isolinhas de temperatura, função corrente e de calor. A transferência de calor na cavidade é governada pelo número de Rayleigh, tamanho e condutividade do bloco. O número de Prandtl, dentro da faixa investigada, mostrou pouca influência nos resultados. Nas cavidades com blocos de tamanho ?<0,3 a transferência de calor na cavidade apresenta as mesmas características da cavidade sem bloco, com o número de Nusselt sendo função apenas de Rayleigh. Para blocos maiores, o comportamento do Nusselt passa a depender também do tamanho e condutividade do bloco. De forma geral, para ?>0,8 e k*>10, a influência de Rayleigh na transferência de calor é bastante reduzida e o regime de transferência de calor na cavidade se aproxima do limite de condução pura. Na cavidade aquecida por baixo, a transferência de calor pode ser aumentada com relação à cavidade sem bloco quando um bloco de baixa condutividade é inserido. O aumento relativo do Nusselt na cavidade aquecida por baixo é observado para 10^5?Ra?10^6 e 0,4 / Abstract: Natural convection in enclosures is a fundamental problem in heat transfer. In this work the conjugate heat transfer in a square enclosure heated and cooled at the adjacent walls with an internal conducting solid body is studied. In order to characterize the size and thermal conductivity of the internal solid, the dimensionless parameters ? and k* are defined as the ratio of the solid and enclosure dimensions, W/L, and the solid and fluid conductivities, ks/kf, respectively. The effect of the block on the enclosure heat transfer is investigated in a range of the Rayleigh number (Ra) from 10^3 to 10^6, ? from 0.1 to 0.9, k* from 0.001 to 100 and Prandtl number of 0.7 and 7.0. The results are reported in the form of averaged Nusselt numbers, isotherms, streamlines and heatlines. The heat transfer process in the enclosure is governed by the Rayleigh number, solid size and thermal conductivity. The Prandtl number, in the range evaluated, shows little influence on the results reported. For dimensionless block sizes of ?<0.3, the heat transfer in the enclosure is not affected by the block and the Nusselt number remains a function of the Rayleigh number. As the block size increases, the Nusselt number becomes also dependent of the block size and its thermal conductivity. In the range of ?>0.8 and k*>10, the Nusselt number dependence on the Rayleigh number weakens and the enclosure heat transfer approximates of the pure conduction limit. In the enclosures heated from below the Nusselt number, in comparison with that with no solid body, is enhanced by a centered low conductivity solid body. The increase of Nusselt number is observed in the range of 10^5?Ra?10^6 and 0.4 / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Luiz Fernando Milanez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T23:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santim_ChristianoGarciadaSilva_M.pdf: 4969690 bytes, checksum: ce0fa0a331e41c2ba678acb1f055dad6 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O presente trabalho trata do estudo numérico da fusão de materiais de mudança de fase (PCMs-Phase Change Materials) no interior de uma cavidade retangular e de um cilindro horizontal, usando-se de um aquecimento isotérmico na parede de tais geometrias, utilizando-se de um código CFD. Inicialmente o material sólido encontra-se sub-resfriado. O objetivo é verificar a influência do aquecimento no processo de fusão, bem como o efeito do subresfriamento neste. Algumas hipóteses simplificadoras foram assumidas no modelo matemático. As propriedades termofísicas dos PCMs foram consideradas constantes, exceto para a densidade, onde a aproximação de Boussinesq fora utilizada e, para a fusão do gelo, empregou-se a relação proposta por Gebhart e Mollendorf (1977). O problema foi resolvido usando uma formulação matemática baseada no método da entalpia-porosidade, o qual permite o uso de uma grade espacial fixa. As grades computacionais utilizadas foram selecionadas após verificar-se que os resultados não variavam mais com o refinamento. O fluxo total de calor na superfície interna das paredes também fora obtido para os sistemas, bem como perfis de temperatura, linhas de correntes e perfis das frentes de fusão. Correlações para os tempos totais de fusão dos PCMs em função dos números adimensionais de Stefan e Rayleigh também foram apresentados. Os resultados numéricos foram comparados a resultados experimentais disponíveis na literatura, apresentando boa concordância / Abstract: The present work deals with the numerical study of melting of PCMs inside a rectangular cavity with all isothermally heated walls and inside a horizontal cylinder with isothermally heated wall, utilizing a CFD code. Initially the solid material is sub-cooled. The objective is to verify the influence of the heating in the melting process as well as the sub-cooling effect. Some simplifying hypotheses were assumed in the mathematical model. The thermophysical properties of phase change material were considered constants, except for the density where the Boussinesq aproximation was utilized and, for the ice melting, a relation proposed by Gebhart and Mollendorf (1977) was employed. The problem was solved by using a mathematical formulation based on the enthalpy-porosity method, which allows the use of a fixed spatial grid. The computational grid used was selected after checking that the results did not vary with more refinement. The total heat flux on the inner surfaces was obtained for the systems, as well as several temperature profiles, streamlines and melting front positions. Correlations for the total PCM melting time as a function of the dimensionless numbers of Stefan and Rayleigh were presented. Numerical results were compared with experimental results suitable in the literature showing be in good agreement / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Luiz Fernando Milanez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:03:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiasJunior_Tito_D.pdf: 2993584 bytes, checksum: de14ac584f2ba9e3b006a79418cf574b (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste trabalho, o enfoque em resfriamento de componentes eletrônicos é adotado, buscando um entendimento dos fenômenos tridimensionais envolvidos na convecção natural sobre fontes de calor pontuais ou discretas. Para isso utilizou-se simulação numérica por volumes tinitos implementada no FLUENT 6.0. O escoamento, em regime permanente, foi considerado laminar e as propriedades constantes, exceto a densidade no termo de empuxo, sendo a sua variação com a temperatura aproximada levando-se conta a hipótese de Boussinesq. Especial atenção foi dispensada à modelagem do fenômeno, buscando níveis crescentes de complexidade de modo a monitorar os efeitos da condução e da radiação sobre os resultados. Informações quantitativas e qualitativas sobre o escoamento foram obtidas utilizando-se simulações numéricas visando determinar características macroscópicas do escoamento. Foram avaliados detalhadamente os parâmetros que influenciam a estrutura do escoamento, tais como número de Rayleigh, número de Prandtl, razões de aspecto de cavidades e canais, condições de contorno entre outros. Os casos estudados foram elaborados de forma que os resultados e conclusões pudessem preencher lacunas e esclarecer algumas conclusões presentes na literatura / Abstract: In this work, the electronic component cooling is focused, aiming the understanding of the three-dimensional effects present in the natural convection on discrete or pontual heat sources. The finite volume method, implemented in the FLUENT package, was used to simulate the heat transfer processo The steady state flow was considered laminar and the properties were constant, except the density in the buoyancy term, where the Boussinesq approximation was used. Special attention was given to the physical phenomenon, aiming to increasing complexity levels, in order to monitoring the effects of conduction and radiation on the results. Quantitative and qualitative information about the flow were obtained by numerical simulation aiming to determine macroscopical characteristics of the flow. The parameters influencing the flow structure were evaluated, such as Rayleigh number. Prandtl number, cavities and channels aspect ratios, boundary conditions, and others. The studied cases were planned in order to the results and conclusions could fill in the blanks and to elucidate some conclusions present in the literature / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica