Esta dissertação de mestrado considera a transferência de calor combinando convecção e radiação térmica no escoamento de gases participantes em dutos de seção circular. Partindo de uma metodologia geral, o trabalho enfoca principalmente os casos típicos de aplicação em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, em que gases em alta temperatura escoam através de um tubo mantido em temperatura uniforme. O escoamento é turbulento e o perfil de velocidade é plenamente desenvolvido desde a entrada do duto. A temperatura do gás, contudo, é uniforme na entrada, considerando-se a região de desenvolvimento térmico. Duas misturas de gases são tratadas, ambas constituídas por dióxido de carbono, vapor d’água e nitrogênio, correspondendo a produtos típicos da combustão estequiométrica de óleo combustível e metano. As propriedades físicas dos gases são admitidas uniformes em todo o duto e calculadas na temperatura de mistura média, enquanto que as propriedades radiantes são modeladas pela soma-ponderada-de-gases-cinzas. O campo de temperatura do gás é obtido a partir da solução da equação bidimensional da conservação da energia, sendo os termos advectivos discretizados através do método de volumes de controle com a função de interpolação Flux-Spline; as trocas de energia radiantes são avaliadas por meio do método das zonas, onde cada zona de radiação corresponde a um volume de controle. Em um primeiro passo, a metodologia é verificada pela comparação com resultados apresentados na literatura para a transferência de calor envolvendo apenas convecção e combinando convecção com radiação. Em seguida, discutem-se alguns efeitos da inclusão da radiação térmica, por exemplo, no número de Nusselt convectivo e na temperatura de mistura do gás. Finalmente, são propostas correlações para o número de Nusselt total, que leva em conta tanto a radiação quanto a convecção. Essa etapa exige inicialmente uma análise dos grupos adimensionais que governam o processo radiante para redução do número elevado de parâmetros independentes. As correlações, aplicáveis a situações encontradas em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, são validadas estatisticamente pela comparação com os resultados obtidos pela solução numérica. / This dissertation considers the heat transfer combining convection and thermal radiation in the flow of participating gases inside circular tubes. Starting from a general methodology, the work is focused on typical cases applied to small and medium sized smoketube steam generators, in which gases in high temperature flow through tubes having uniform temperature. The fluid flow is turbulent and fully developed at the duct entrance. The gas temperature, however, is uniform at the entrance, and so the thermal development is considered. Two gaseous mixtures are treated, both ones being composed of carbon dioxide, water vapor and nitrogen, corresponding to typical products of stoichiometric combustion of fuel oil and methane. The thermophysical properties of the gases are assumed to be uniform and evaluated at the gas average bulk temperature, while the radiative properties are computed from the weighted-sum-of-gray-gases model. The gases temperature fields are obtained from the solution of the two-dimensional energy conservation equation, in which the advective terms are computed by the Flux-Spline control volume method, and the radiative exchanges are determined by the zonal method, where each radiative zone corresponds to a control volume. In a first step, the methodology is verified by a comparison of the obtained results with those available in the literature for heat transfer considering only convection and combining convection to radiation. Next, the effects of including thermal radiation, for instance, on the convective Nusselt number and on the gas bulk temperature, are discussed. Finally, correlations are proposed for the total Nusselt number, which takes into account both radiation and convection. This step requires initially a dimensional analysis to reduce the number of independent parameters. The correlations, applied to situations that are found in small and medium sized smoketube steam generators, are validated statistically by the comparison with the results obtained from the numerical solution.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-10-06T14:44:17Z No. of bitstreams: 1 2017_AlencarCaldeiraCamposJúnior.pdf: 7370985 bytes, checksum: dda58dedd332ee584f61e054668dea1a (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-10-09T10:55:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_AlencarCaldeiraCamposJúnior.pdf: 7370985 bytes, checksum: dda58dedd332ee584f61e054668dea1a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-09T10:55:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_AlencarCaldeiraCamposJúnior.pdf: 7370985 bytes, checksum: dda58dedd332ee584f61e054668dea1a (MD5) Previous issue date: 2017-10-09 / O presente trabalho, de cunho experimental, tem como objetivo investigar o processo de resfriamento em um componente eletrônico (célula Peltier) utilizando convecção forçada interna (tema 1), convecção forçada externa (tema 2) e convecção natural (tema 3). Para o primeiro tema, os testes foram realizados em uma célula Peltier (fonte de calor) encaixada em uma régua com e sem promotores de turbulência para velocidades variando de 3 a 15 m/s, abrangendo uma faixa de Reynolds entre 8140 e 40701. Os promotores de turbulência utilizados consistiam em arranjos de cilindros, em 6 configurações diferentes. Para o problema envolvendo convecção forçada externa foi desenvolvido um suporte possibilitando a variação do ângulo de ataque entre o componente aquecido e o escoamento de 0 a 90 graus em relação ao escoamento. Foram utilizadas as mesmas velocidades do primeiro problema. Já para o estudo de convecção natural foi utilizado o mesmo suporte da convecção forçada externa dentro de um cubo de acrílico com dimensões muito superiores as da célula Peltier. Os testes foram realizados para variação do ângulo de ataque entre 0 e 90 graus em relação a horizontal e utilizando 5 pares de tensões e correntes diferentes para alterar a temperatura da célula Peltier. A análise do processo de resfriamento para o tema 1 foi realizada da proposição de correlações Reynolds-Nusselt que representassem o efeito de novas geometrias configuracionais de promotores de turbulência. A mesma análise foi realizada para os testes do tema 2, porém com ênfase na influência do ângulo formado entre escoamento e componente aquecido nas taxas de troca de calor fluido-parede. A análise do tema 3 foi realizada através do número de Nusselt e do número de Rayleigh. Para o primeiro tema apresentamos os arranjos operacionais mais eficientes medidos do ponto de vista de maximização das taxas de troca de calor utilizando arranjos de promotores de turbulência. Para o Tema 2 foi observado que a configuração a 0 graus foi a que apresentou a maior transferência de calor para todos os números de Reynolds. Já para o tema 3 a configuração de 90 graus foi a que obteve um maior coeficiente de transferência de calor para todos os pares de tensão e corrente, e consequentemente maiores valores nos números de Nusselt. Todos os resultados obtidos são interpretados a luz de interpretações físicas baseadas na fenomenologia do escoamento e complementadas por análises de escala. / The experimental investigation presented is aimed on of the cooling process of an electronic component, represented by a Peltier cell. Such cooling is achieved via internal forced convection (first topic), external forced convection (second topic) and natural convection (third topic). Regarding the forced internal convection, measurements were made on a Peltier cell mounted on a rule with, and without, the turbulence promoters for incident flow velocities ranging from 3 to 15 m/s (8140 ≤ Re ≤ 40701). Such turbulence promoters consist in cylinders in six different arrangements. For the external forced convection an adaptive mount was employed, enabling the measurements on different attack angles between cell and flow direction ranging from 0 to 90 degrees. Same flow velocities applied to the internal convection were set to the external forced convection. Regarding the natural convection, measurements were made using the same setup employed on the external forced convection inside an acrylic cube much bigger than the Peltier cell. Natural convection investigations were conduced for different inclination angles 0 to 90 degrees on five different voltage and electric current intensities, resulting in 5 different temperatures on the Peltier cell. The cooling investigation conduced at the first topic was based on proposed Reynolds-Nusselt correlations, which represents the effect of different geometries of the turbulence promoters on the cooling process. A similar analysis was conduced on the second topic, although focused on the effect of the resultant angle on the heat transfer properties between the air and the cell. The analysis on the third topic was developed from the Nusselt and Rayleigh numbers. At the first topic, different arrangements are presented and a effectiveness evaluation is conduced, aimed on the optimization of the heat transfer properties for each arrangement. At the second topic it could be observed that the horizontal configuration resulted in a maximum heat transfer for all Reynolds numbers investigated. On the other hand, it was possible to measure a maximum heat transfer coefficient at the 90 degrees configuration, for all voltage-current intensity approached, resulting in higher Nusselt numbers measured. The obtained results are related to physical interpretations

Esta dissertação de mestrado considera a transferência de calor combinando convecção e radiação térmica no escoamento de gases participantes em dutos de seção circular. Partindo de uma metodologia geral, o trabalho enfoca principalmente os casos típicos de aplicação em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, em que gases em alta temperatura escoam através de um tubo mantido em temperatura uniforme. O escoamento é turbulento e o perfil de velocidade é plenamente desenvolvido desde a entrada do duto. A temperatura do gás, contudo, é uniforme na entrada, considerando-se a região de desenvolvimento térmico. Duas misturas de gases são tratadas, ambas constituídas por dióxido de carbono, vapor d’água e nitrogênio, correspondendo a produtos típicos da combustão estequiométrica de óleo combustível e metano. As propriedades físicas dos gases são admitidas uniformes em todo o duto e calculadas na temperatura de mistura média, enquanto que as propriedades radiantes são modeladas pela soma-ponderada-de-gases-cinzas. O campo de temperatura do gás é obtido a partir da solução da equação bidimensional da conservação da energia, sendo os termos advectivos discretizados através do método de volumes de controle com a função de interpolação Flux-Spline; as trocas de energia radiantes são avaliadas por meio do método das zonas, onde cada zona de radiação corresponde a um volume de controle. Em um primeiro passo, a metodologia é verificada pela comparação com resultados apresentados na literatura para a transferência de calor envolvendo apenas convecção e combinando convecção com radiação. Em seguida, discutem-se alguns efeitos da inclusão da radiação térmica, por exemplo, no número de Nusselt convectivo e na temperatura de mistura do gás. Finalmente, são propostas correlações para o número de Nusselt total, que leva em conta tanto a radiação quanto a convecção. Essa etapa exige inicialmente uma análise dos grupos adimensionais que governam o processo radiante para redução do número elevado de parâmetros independentes. As correlações, aplicáveis a situações encontradas em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, são validadas estatisticamente pela comparação com os resultados obtidos pela solução numérica. / This dissertation considers the heat transfer combining convection and thermal radiation in the flow of participating gases inside circular tubes. Starting from a general methodology, the work is focused on typical cases applied to small and medium sized smoketube steam generators, in which gases in high temperature flow through tubes having uniform temperature. The fluid flow is turbulent and fully developed at the duct entrance. The gas temperature, however, is uniform at the entrance, and so the thermal development is considered. Two gaseous mixtures are treated, both ones being composed of carbon dioxide, water vapor and nitrogen, corresponding to typical products of stoichiometric combustion of fuel oil and methane. The thermophysical properties of the gases are assumed to be uniform and evaluated at the gas average bulk temperature, while the radiative properties are computed from the weighted-sum-of-gray-gases model. The gases temperature fields are obtained from the solution of the two-dimensional energy conservation equation, in which the advective terms are computed by the Flux-Spline control volume method, and the radiative exchanges are determined by the zonal method, where each radiative zone corresponds to a control volume. In a first step, the methodology is verified by a comparison of the obtained results with those available in the literature for heat transfer considering only convection and combining convection to radiation. Next, the effects of including thermal radiation, for instance, on the convective Nusselt number and on the gas bulk temperature, are discussed. Finally, correlations are proposed for the total Nusselt number, which takes into account both radiation and convection. This step requires initially a dimensional analysis to reduce the number of independent parameters. The correlations, applied to situations that are found in small and medium sized smoketube steam generators, are validated statistically by the comparison with the results obtained from the numerical solution.

Esta dissertação de mestrado considera a transferência de calor combinando convecção e radiação térmica no escoamento de gases participantes em dutos de seção circular. Partindo de uma metodologia geral, o trabalho enfoca principalmente os casos típicos de aplicação em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, em que gases em alta temperatura escoam através de um tubo mantido em temperatura uniforme. O escoamento é turbulento e o perfil de velocidade é plenamente desenvolvido desde a entrada do duto. A temperatura do gás, contudo, é uniforme na entrada, considerando-se a região de desenvolvimento térmico. Duas misturas de gases são tratadas, ambas constituídas por dióxido de carbono, vapor d’água e nitrogênio, correspondendo a produtos típicos da combustão estequiométrica de óleo combustível e metano. As propriedades físicas dos gases são admitidas uniformes em todo o duto e calculadas na temperatura de mistura média, enquanto que as propriedades radiantes são modeladas pela soma-ponderada-de-gases-cinzas. O campo de temperatura do gás é obtido a partir da solução da equação bidimensional da conservação da energia, sendo os termos advectivos discretizados através do método de volumes de controle com a função de interpolação Flux-Spline; as trocas de energia radiantes são avaliadas por meio do método das zonas, onde cada zona de radiação corresponde a um volume de controle. Em um primeiro passo, a metodologia é verificada pela comparação com resultados apresentados na literatura para a transferência de calor envolvendo apenas convecção e combinando convecção com radiação. Em seguida, discutem-se alguns efeitos da inclusão da radiação térmica, por exemplo, no número de Nusselt convectivo e na temperatura de mistura do gás. Finalmente, são propostas correlações para o número de Nusselt total, que leva em conta tanto a radiação quanto a convecção. Essa etapa exige inicialmente uma análise dos grupos adimensionais que governam o processo radiante para redução do número elevado de parâmetros independentes. As correlações, aplicáveis a situações encontradas em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, são validadas estatisticamente pela comparação com os resultados obtidos pela solução numérica. / This dissertation considers the heat transfer combining convection and thermal radiation in the flow of participating gases inside circular tubes. Starting from a general methodology, the work is focused on typical cases applied to small and medium sized smoketube steam generators, in which gases in high temperature flow through tubes having uniform temperature. The fluid flow is turbulent and fully developed at the duct entrance. The gas temperature, however, is uniform at the entrance, and so the thermal development is considered. Two gaseous mixtures are treated, both ones being composed of carbon dioxide, water vapor and nitrogen, corresponding to typical products of stoichiometric combustion of fuel oil and methane. The thermophysical properties of the gases are assumed to be uniform and evaluated at the gas average bulk temperature, while the radiative properties are computed from the weighted-sum-of-gray-gases model. The gases temperature fields are obtained from the solution of the two-dimensional energy conservation equation, in which the advective terms are computed by the Flux-Spline control volume method, and the radiative exchanges are determined by the zonal method, where each radiative zone corresponds to a control volume. In a first step, the methodology is verified by a comparison of the obtained results with those available in the literature for heat transfer considering only convection and combining convection to radiation. Next, the effects of including thermal radiation, for instance, on the convective Nusselt number and on the gas bulk temperature, are discussed. Finally, correlations are proposed for the total Nusselt number, which takes into account both radiation and convection. This step requires initially a dimensional analysis to reduce the number of independent parameters. The correlations, applied to situations that are found in small and medium sized smoketube steam generators, are validated statistically by the comparison with the results obtained from the numerical solution.

Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-13T21:56:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_PauloCesar_M.pdf: 1850424 bytes, checksum: db3c4f785d9a469a2c1f79caa8c15ac1 (MD5) Previous issue date: 1990 / Resumo: Esse trabalho tem por objetivo descrever o comportamento de um escoamento laminar em regime permanente de água aquecida ou resfriada por uma placa plana vertical, submetida a fluxo de calor uniforme, levando-se em consideração a variação das propriedades com a temperatura. É empregado um esquema numérico por diferenças finitas uma vez que não é possível sua resolução por similaridade. Devido ao acoplamento das equações de governo e as não-linearidades presentes, utiliza-se um método de relaxação que consiste na introdução de pseudo-transíentes nas equações de conservação da quantidade de movimento e energia o algoritmo é testado em problemas que possuem solução por similaridade apresentando (exceto no inicio da placa) erros inferiores a 2% / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Joaquim Severino Paiva Netto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-16T18:14:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_JoseTomazVieira_M.pdf: 1662711 bytes, checksum: 147f21922f3191dcbc2ab7a2bce2aaee (MD5) Previous issue date: 1977 / Resumo: Estudo numérico da convecção natural entre duas placas planas verticais. Inicialmente as placas e o ar ambiente estão à mesma temperatura e não há escoamento de ar. Repentinamente uma das placas tem sua temperatura elevada de ?tl e a outra de ?t2 em relação a temperatura ambiente. Devido a esses gradientes de temperatura o ar em contato com as placas se aquece e consequentemente sua densidade diminui. Essa diferença de densidades induz um movimento ascendente do fluido mais leve. Foi feito um estudo do desenvolvimento dos perfis de velocidade, temperatura e pressão do ar entre as placas, desde o instante inicial em que foi induzido o escoamento de ar até a situação final onde as condições de regime permanente foram praticamente atingidas. As características de transferência de calor são apresentadas em termos do número de Nusselt / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em Ciências

A técnica de transformada integral generalizada é extendida para se obter soluções analíticas em problemas lineares de difusão com coeficientes variáveis nas comdições de contorno e aplicada ao estudo da convecção forçada laminar em tubos circulares externamente aletados, nos regimes permanentes e periódicos. Analisa-se o problema da região de entrada térmica em regime permanente com condição de entrada uniforme, usando variações tipo degrau e harmônica no coeficiente de transferência de calor externo, para simular a presença das aletas radiais. São obtidos resultados numéricos para as grandezas térmicas de interesse, como temperatura média global, as taxas de transferência de calor adimensional e número de Nusselt global. Compara-se, também, resultados para as taxas de transferência de calor adimensional com as disponíveis na literatura, analisando-se, criticamente, os efeitos das variações de espaçamento e espessura das aletas na troca térmica com o fluido. Estuda-se o problema da região de entrada téwrmica em regime periódico para um tubo aletado externamente e sujeito a variações com o tempo na temperatura de entrada no canal. Investiga-se, então, a influência da frequência das oscilações na resposta térmica do sistema, em termos das distribuições de amplitudes e ângulos de fase ao longo do tubo, para as grandezas de interesse como temperatura média global e fluxo de calor na parede. Finalmente, analisa-se os efeitos de diferentes combinações espaçamento-espessura do arranjo de aletas, na propagação das oscilações na entrada, ao longo do canal.

O modelo de duas bandas é aplicado na análise térmica de um coletor solar com absorvedor aletado. O sistema íntegro-diferencial não linaer resultante do balanço de energia no coletor é resolvido numericamente. A análise dos resultados mostra que o chamado "efeito cavidade", induzido pela presença das aletas, tende a aumentar a eficiência do coletor, pois tende a diminuir as perdas de radiação. Observou-se também que este efeito está presente em situações em que existe convecção entre as superfícies do coletor e o ambiente. Os resultados obtidos na análise do problema de radiação foram também utilizados no estudo do problema de transferência de calor no fluido em escoamento no canal do coletor, o que permite a determinação de grandezas relevantes ao projeto dos sistemas. Foi feita uma camparação das eficiências dos coletores com absorvedores aletados com as dos coletores de colméia e constatou-se que a substituição das colméias por aletas não provoca uma grande queda no desempenho dos sistemas, o que indica a possibilidade econômica de utilização de coletores com absorvedores aletados, tendo em vista a maior facilidade de fabricação destes.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1993