Orientador: Luiz Fernando Milanez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T05:12:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Malateaux_EzequielCosta_M.pdf: 98402739 bytes, checksum: 8bb545a108688271a9e6d884f1c8ac49 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A transferência de calor em cilindros horizontais isolados é de grande importância na indústria tanto no caso em que se pretende minimizar a dissipação térmica (quando dutos isolados são usados no transporte de fluidos), como quando se pretende maximizá-la (no caso de cabos de eletricidade revestidos, por exemplo). Em ambas as situações, convecção natural e radiação térmica estão presentes, podendo ser consideradas como os principais mecanismos envolvidos de dissipação térmica. Normalmente o isolamento térmico é circular e concêntrico ao cilindro. No entanto, o coeficiente convectivo e a temperatura da superfície não são constantes ao redor do cilindro, levando a crer que a adoção de isolantes concêntricos pode não ser o melhor método de se distribuir o isolante. Assim, se um isolamento excêntrico for adotado, a temperatura superficial deve apresentar variação ainda maior, alterando o escoamento ao redor do cilindro e, portanto, as perdas térmicas. No presente trabalho é apresentada uma análise numérica da dissipação térmica em cilindros horizontais isotérmicos isolados excentricamente expostos a convecção natural (Pr= 0,715) e a radiação. A condução na camada de isolante foi resolvida analiticamente (através do uso do sistema de coordenadas bicilíndricas) e integrada numericamente. A partir da temperatura obtida para a superfície externa do isolante, o software PHOENICS foi utilizado para resolver o problema de convecção natural, fornecendo um novo perfil para o coeficiente convectivo. Para cada caso, algumas iterações foram necessárias para se alcançar a convergência. Os parâmetros analisados são a emissividade da superfície externa, a razão entre os raios externo e interno do isolante, a razão entre as condutividades térmicas do isolante e do ar, o número de Rayleigh (definido de forma a ser independente dos outros parâmetros) e a excentricidade do isolante. A dissipação e a temperatura superficial local são mostradas graficamente, assim como os campos de temperatura e velocidade do escoamento. Uma equação é sugerida para a determinação da influência da excentricidade sobre o calor total dissipado em função da razão entre as resistências térmicas de convecção natural-radiação e a resistência térmica de condução, para determinada razão de raios e excentricidade / Abstract: Heat transfer in horizontal insulated cylinders is of importance in industry as when one wants to reduce the heat dissipation (when insulated ducts are used to transport fluids), as when one wants to enhance it (in the case of covered electric cables, for example). In both cases, free convection and thermal radiation are present and can be considered as the main mechanisms of heat dissipation. Generally, the insulating layer is round and is arranged concentrically in the cylinder. However, the heat transfer coefficient and the surface temperature are not constant around the cylinder, raising the point that the use of concentric insulation may not be the best way to arrange the insulating layer. Thus, if an eccentric layer is used, the surface temperature should have a larger variation, changing the flow around the cylinder and, therefore, the heat dissipation. A numerical analysis of the heat dissipation in horizontal isothermal eccentrically insulated cylinders exposed to free convection (Pr= 0,715) and radiation is presented. The conduction through the insulating layer was solved analytically (using the bicylindrical coordinate system) and integrated numerically. From the solution for the surface temperature, the PHOENICS software was used to solve the problem of free convection, giving a new profile for the heat transfer coefficient. For each case, some iterations were necessary to reach convergence. The parameters analyzed were the emissivity of the external surface, the ratio between the outer and the inner radius of the insulating layer, the ratio between the insulation and the air thermal conductivities, the Rayleigh number (defined in such a way to be independent of the other parameters) and the eccentricity of the insulation. The heat dissipation and the surface temperature are shown graphically, as well as the temperature and velocity flow fields. An equation is suggested to define the importance of the eccentricity over the total heat as a function of the ratio between the free convection-radiation thermal resistance and the conduction thermal resistance, for a given ratio of radius and eccentricity / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T07:44:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martinelli_ValdisleyJose_M.pdf: 3830645 bytes, checksum: fa60238d6afea2e97d6f6e2886a91fc4 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar o desenvolvimento de transferência de calor laminar por convecção natural em canais de placas planas verticais sujeito a aquecimento assimétrico. São analisadas condições de contorno com fluxo de calor uniforme nas paredes das placas e temperatura da parede uniforme. Soluções para escoamento em regime permanente são obtidos para o ar para diferentes fluxos de calor e diferentes temperaturas nas paredes (acima da temperatura do fluido na entrada do canal); bem como para diferentes geometrias do canal (variação da distância entre as placas (b)). As equações foram escritas em diferenças finitas utilizando variáveis primitivas e resolvidas implicitamente, usando discretização central em todos os termos das equações governantes, exceto para o caso de fluxo de calor que foi utilizado diferença unilateral de três níveis nos termos da derivada da temperatma. Os resultados indicam que existe uma distância ótima entre as placas onde ocorre a máxima troca de calor entre as placas e o fluido. Os resultados foram comparados com a literatura, tanto trabalhos numéricos como experimentais / Abstract: This work studies the developm.entof laminar free convection in vertical flat parallel plates with asymmetric heating. Thermal boundary conditions of uniform wall heat fluxes and uniform wall temperature are considered. Solutions of the flow on steady state are obtained for air at different wall heat fluxes and wall temperature differences (above the temperature of the fluid at the channel) and also different geometries of the channel (distance between the plates (b)). The equations were written in finite difference using primitive variables and they were solved by implicitesqueme all the terms of the governing equations, and by means of a three point derivative formula the terms wall temperature at heat fluxes. The results show there is one optimal distance between the plates to maximize the heat transfer. The results were compared with the literature, both numerical and experimentalworks / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

A tomografia por sensoriamento térmico é muito utilizada em diferentes aplicações industriais, tais como a determinação de propriedades térmicas de novos materiais, o controle da produção de calor e a temperatura no processo de manufatura. Entretanto, o emprego de técnicas tomográficas em processos industriais envolvendo transferência de calor ainda carece de métodos robustos e computacionalmente eficientes. Nesse contexto, o principal objetivo deste trabalho é contribuir para o desenvolvimento de uma técnica não intrusiva de medição do coeficiente de convecção a partir de medidas externas de temperatura e fluxo de calor baseada na solução do problema térmico inverso. Para tanto é necessário resolver um problema de condução acoplado a um problema de convecção de calor. Este acoplamento ocorre através do coeficiente de convecção no interior do domínio do problema, cuja determinação pode ser feita através da aplicação de um fluxo de calor e medição das temperaturas resultantes na superfície externa. A tomografia térmica é tratada como um problema de minimização global, cuja função objetivo é um funcional de erro que quantifica a diferença entre as medidas externas não intrusivas (temperatura real) e as medidas calculadas no modelo numérico (temperatura aproximada). A natureza mal condicionada do problema assim formulado se manifesta na superfície de minimização por produzir topologias problemáticas tais como múltiplos mínimos locais, pontos de sela, vales ao redor da solução, platôs, etc. Desse modo, uma técnica bastante sofisticada, capaz de convergir para a solução correta mesmo na presença dessas patologias é necessária para obtenção da solução. Neste trabalho optou-se pelo método de Newton para a minimização deste funcional em que a inversa da matriz Hessiana é substituída por uma pseudo-inversa construída a partir da técnica de Decomposição em Valores Singulares Truncados. Os resultados mostram que a técnica proposta foi capaz de superar os problemas de convergência associados à natureza intrínseca mal condicionada do problema inverso e o coeficiente de convecção foi reconstruído com precisão razoável. / Tomography by thermal sensing is widely used in different industrial applications, such as the determination of thermal properties of new materials, the control of heat production and the temperature in manufacturing processes. However, the application of tomographic techniques in industrial processes involving heat transfer still lacks robust and computationally efficient methods. In this context, the main objective of this thesis is to contribute to the development of a non-intrusive technique for measuring of the convection coefficient from external temperature and heat flow measurements based on the solution of the inverse thermal problem. This requires solving a conduction problem coupled with a heat convection problem, which is coupled through an internal convection coefficient, determined by applying a heat flux and measuring the resulting temperatures on the external boundary. The thermal tomography is treated as a global minimization problem in which the fitness function is an error functional that quantifies the difference between non-intrusive external measurements (actual temperature) and measurements calculated in a numerical model (approximate temperature). The ill-conditioned nature of the problem manifests itself in the minimization problem for producing problematic topologies, such as multiple local minima, saddle points, valleys around the solution, plateaus, etc. Thus, a very sophisticated technique that can converge to the correct solution even in the presence of these pathologies is necessary to obtain the solution. In this thesis the Newton\'s method was used for the minimization of this functional in which the inverse Hessian matrix was replaced by a pseudo-inverse built from the truncated singular value decomposition technique. Results show that the proposed technique was capable of overcoming the convergence problems associated with the intrinsic ill-conditioned nature of the inverse problem and the convection coefficient was reconstructed within reasonable precision.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesis-isaac2.pdf: 3114497 bytes, checksum: fb2f0d170ae7c4b8f5f3b0b6a3c509b8 (MD5) Previous issue date: 2007-10-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / This work presents a general framework for approximating convection-diffusion-reaction equations based on principles of scale separation. A two-level decomposition of the discrete approximation spaces is performed and the local problem is modified introducing an artificial viscosity acting only on the subgrid scales. The key feature is the local control coming from the decomposition of the velocity field into the resolved and unresolved scales and requiring the satisfaction of the discrete model problem at the element level for a minimum kinetic energy associated to the unresolved scales. This procedure leads to a nonlinear subgrid model that acts only on the unresolved scales but does not require any tuned-up parameter. It can be considered a self adaptive method such that the amount of the subgrid viscosity is automatically introduced according to the residual of the resolved scale at element level. We provide an a priori error estimate with convergence rates similar to its linear counterpart and some other stabilized methods, like SUPG. Numerical experiments demonstrate the ability of the method to represent convection and/or reaction dominated problems. / Este trabalho apresenta uma metodologia geral para aproximar equações de convecção-difusão-reação baseada no princípio de separação de escalas. Utiliza-se uma decomposição de dois níveis dos espaços de aproximação e o problema local é modificado, introduzindo-se uma difusão artificial que atua somente nas escalas submalhas. O aspecto chave do método é o controle local dado a partir da decomposição do campo de velocidades em escalas resolvidas e não resolvidas com o requerimento da satisfação do modelo discreto a nível do elemento para uma energia cinética mínima associada às escalas não resolvidas. Este procedimento conduz à um modelo submalha não linear que não depende da escolha/ajuste de nenhum parâmetro de estabilização. Ele pode ser considerado um método auto-adaptativo, de forma que a quantidade de viscosidade submalha é automaticamente introduzida de acordo com o resíduo das escalas resolvidas a nível do elemento. É apresentada uma estimativa de erro a priori com taxas de convergência equivalentes às obtidas para sua contrapartida linear e vários métodos estabilizados. Experimentos numéricos demonstram a habilidade do método desenvolvido em representar problemas predominantemente convectivos e predominantemente reativos.

O objetivo deste trabalho foi apresentar um modelo de tratamento dos termos convectivos da equação de transporte e um modelo de discretização dos termos difusivos e fonte da mesma equação. Este trabalho apresenta um completo desenvolvimento da metodologia em três partes. Na primeira parte, apresenta-se uma nova técnica de volumes finitos para resolver problemas de difusão e convecção, com a finalidade de reduzir a falsa difusão e erros de dispersão. No desenvolvimento do método, foi utilizada, como ponto de partida, a técnica "streamline upwind", disponível na literatura de elementos finitos, desenvolvida originalmente por Rice e Schnipke. Essa técnica consiste, essencialmente, em uma discretização especial dos termos convectivos da equação de convecção-difusão e a clássica discretização dos termos difusivos. Visto que os problemas de convecção pura (hiperbólicos) são descontínuos, nenhum método numérico tem sido desenvolvido até o presente tempo que leve à perfeita conservação da propriedade em estudo. Essa técnica, agora proposta, pode minimizar tais problemas, reforçando a continuidade da massa. É apresentado também um tratamento especial do volume de controle, que reduz a falsa difusão e dispersão numérica. A solução de dois problemas "benchmark", um envolvendo convecção pura e o outro uma forte recirculação, demonstrou que o método proposto é acurado. Na segunda parte, o método é estendido, para ser aplicado na solução das equações de Navier-Stokes em regime laminar. Novamente, o novo método de discretização das equações de momentum e continuidade é apresentado. A equação de pressão é obtida da equação da continuidade. O método PRIME é sugerido e apresentado como um esquema que acelera a convergência. Dois outros problemas "benchmark", como o escoamento de jato laminar bidimensional e isotérmico e o escoamento em uma cavidade, foram resolvidos e os resultados mostraram que o método proposto é bastante acurado e adequado para resolver as equações de Navier-Stokes em regime laminar. Na terceira e última parte, a metodologia apresentada é considerada como adequada para resolver problemas complexos como o de jato duplo paralelo. Aqui, as equações k-e, juntamente com as equações de momentum e continuidade, são discretizadas. Definindo um erro máximo de 10-4 para a equação da continuidade, o problema de jato duplo paralelo foi resolvido e seus resultados comparados com os dados experimentais disponíveis na literatura. Embora tenha sido usada malha pouco refinada (apenas 220 pontos nodais), uma aceitável concordância com os dados experimentais foi obtida para o perfil de velocidade ao longo da linha de conto. Por outro lado, o perfil de velocidade perpendicular à seção transversal na região de escoamento completamente desenvolvido está em excelente acordo com os dados experimentais. Os resultados mostraram que o método proposto pode ser aplicado para resolver complexos problemas de mecânica dos fluidos, encontrados em engenharia aeronáutica e mecânica. Estudos posteriores podem ser feitos para estender sua aplicabilidade a problemas tridimensionais.

Técnicas não-intrusivas de medição de vazão constituem uma necessidade crescente em diversas aplicações. Atualmente, diversos estudos têm sido realizados com o objetivo de desenvolver técnicas de medição não-intrusivas que possam suprir as deficiências das técnicas existentes. Este trabalho visa desenvolver um medidor de vazão baseado no princípio de convecção forçada (termal) não-intrusivo inteligente. O medidor utiliza dois transdutores RTD comerciais do tipo PT100, um aquecido, que é responsável pela medição da velocidade de escoamento, e o outro utilizado como referência de set-point de temperatura do sensor aquecido. Uma Rede Neural é responsável por corrigir os erros de medição do instrumento. Para a avaliação do medidor construído, foi desenvolvida uma bancada de realização de ensaios, possibilitando a variação da vazão e temperatura na seção de teste. Com o intuito de prover a bancada de uma referência para comparação, foi instalado também um medidor do tipo Venturi normalizado segundo a ABNT. / Non-intrusive techniques of flow measurement are very useful in several applications. Nowadays, several studies have been conducted to develop non-intrusive measuring techniques that can overcome the shortcomings of the existing ones. This work aims to design an intelligent non-intrusive flow meter device based on the forced heat convection principle (thermal). This device uses two commercial RTD transducers (PT100), one is used as reference of temperature set-point, and the other is responsible for the flow measurement. A neural network is responsible for correcting the errors in relation to the calibration standard. To evaluate the intelligent flow meter, test bench was built. In order to provide another flow meter to compare the results, an ABNT Venturi type flow meter was installed in the test bench.

Técnicas não-intrusivas de medição de vazão constituem uma necessidade crescente em diversas aplicações. Atualmente, diversos estudos têm sido realizados com o objetivo de desenvolver técnicas de medição não-intrusivas que possam suprir as deficiências das técnicas existentes. Este trabalho visa desenvolver um medidor de vazão baseado no princípio de convecção forçada (termal) não-intrusivo inteligente. O medidor utiliza dois transdutores RTD comerciais do tipo PT100, um aquecido, que é responsável pela medição da velocidade de escoamento, e o outro utilizado como referência de set-point de temperatura do sensor aquecido. Uma Rede Neural é responsável por corrigir os erros de medição do instrumento. Para a avaliação do medidor construído, foi desenvolvida uma bancada de realização de ensaios, possibilitando a variação da vazão e temperatura na seção de teste. Com o intuito de prover a bancada de uma referência para comparação, foi instalado também um medidor do tipo Venturi normalizado segundo a ABNT. / Non-intrusive techniques of flow measurement are very useful in several applications. Nowadays, several studies have been conducted to develop non-intrusive measuring techniques that can overcome the shortcomings of the existing ones. This work aims to design an intelligent non-intrusive flow meter device based on the forced heat convection principle (thermal). This device uses two commercial RTD transducers (PT100), one is used as reference of temperature set-point, and the other is responsible for the flow measurement. A neural network is responsible for correcting the errors in relation to the calibration standard. To evaluate the intelligent flow meter, test bench was built. In order to provide another flow meter to compare the results, an ABNT Venturi type flow meter was installed in the test bench.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-02-03Bitstream added on 2014-06-13T19:12:11Z : No. of bitstreams: 1 bagagli_rp_me_bauru.pdf: 1886943 bytes, checksum: a693fc27655c63ad68c8b6f960ca899f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Com a crise energética recente, houve uma nova conscientização da necessidade de utilização mais racional da energia. Desta feita, uma série de pesquisas com fontes alternativas de energia, que vinham sendo preteridos em função da impressão que a crise energética do início da década de 1970 havia passado, tem ganho nova força. Dentre todas as alternativas para aproveitamento de energia solar, uma das mais utilizadas são os chamados sistemas domésticos de aquecimento de água. Este tipo de sistema, entretanto, ainda é complexo, constituído de uma série de dutos e conexões entre coletor e tanque armazenador, que contribuem para o elevado custo destes dispositivos. Uma alternativa para otimizar o custo final é o uso dos sistemas solar integrados coletor-tanque (ICS). Neste trabalho, foi avaliado o processo de movimentação natural do fluido em uma das geometrias mais comuns de sistemas deste tipo: a trapezoidal. Foi aplicada a condição de fluxo de calor constante na face inclinada para avaliação... / The recent energy crisis has developed a new conscience for necessity of rational energy use. Several works treating about renewable energy was stopped in past based in a false idea that the 1970's energy crisis was finished. Nowadays, these works have been retaken with the large use of solar energy in the Solar Domestic Hot Water Systems. However, this device is quite complex and has several components like pipes and fittings coupling solar collectors and storage tanks. This characteristic makes it an expensive system and bring difficulties for his large use. An alternative to turn it cheaper is the construction of a device with solar collector and storage tank integrated in one single component (ICS). In this work was done an evaluation of free convection process in a common geometry of this device: the trapezoidal shape. For this analysis, a constant heat flux condition was applied to the inclined face for evaluation of free convection process. Numerical results... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-20Bitstream added on 2014-06-13T19:47:44Z : No. of bitstreams: 1 souza_eg_me_ilha.pdf: 959550 bytes, checksum: b4784dbcc883b1be2d0c6b7cce83f54b (MD5) / Fundação de Ensino Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / O objetivo deste trabalho é a análise numérica e experimental de escoamento viscoso, incompressível, permanente, com transferência de calor, em um canal estreito contendo um arranjo de obstáculos retangulares. A análise experimental envolveu determinação de coeficiente de transferência de calor médio bem como o número de Nusselt médio e medidas de temperatura em esteira térmica para comparação com os resultados obtidos por simulação numérica. Para a análise numérica usamos o programa comercial de mecânica dos fluidos e transferência de calor computacional ICEPAK®. Verificamos que quanto mais adentro o obstáculo estiver no arranjo maior é a transferência de calor por convecção forçada. Determinamos coeficientes de transferência de calor médio e número de Nusselt médio (com incerteza entre 6 e 15%) e verificamos que o efeito da posição diminui à medida que a velocidade aumenta. Concluímos também que ambos os modelos de turbulência utilizados, k-ε padrão e k-ε RNG, foram incapazes de predizer o efeito da posição apropriadamente. Entretanto, o modelo k-ε RNG apresentou melhor comportamento, pois o seu uso resultou em soluções com valores de temperatura intermediários aos experimentais / The purpose of this work is the study of the numerical and experimental viscous incompressible steady flow with heat transfer into a narrow channel containing a rectangular array of obstacles. The experimental approach involves determining the coefficient of heat transfer and temperature measurements in thermal wake for comparison with the results obtained in numerical simulations. For the numerical analysis we use the commercial program of fluid mechanics and heat transfer computational ICEPAK™. We confirmed that in the last lines of the array the biggest is the heat transfer by forced convection. We determined the average heat transfer coefficients (with uncertainty between 6 and 15%) and found that the effect of the position decreases as flow speed increases. We use in the simulations the k-ε turbulence model and the k-ε RNG turbulence model. We conclude that both turbulence models used were unable to predict the effect of the position properly. However, the k-ε RNG model showed better behavior. The numerical temperatures with this model were consistent to the experimental temperature

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2017-07-18T13:27:53Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2894407 bytes, checksum: 993603497277207e108988a17bd6d3b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T13:27:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2894407 bytes, checksum: 993603497277207e108988a17bd6d3b2 (MD5) Previous issue date: 2007-03-05 / This research investigated and analysed the characteristics and peculiarities of wind flowing that take place in the state of Paraiba in order to verify the local values for the air coefficients of external convection (hc’s), based in non-dimensional numbers like Prandlt, Reynolds and Nusselt, and empirical correlations as suggested by Hilpert. These correlations are widely used and the results demonstrate that the verified values significantly differ from the ones currently recommended by the Brazilian norms concerning the thermal performance of buildings and the basic parameters of projects for central air-conditioners. The results highlighted the need to review these coefficients and take into consideration the interrelationship between the standards of local ventilation and construction regulations when calculating the thermal conditioning of buildings in order to minimize environmental impact and improve energy performance of buildings, which will reduce costs. / Este trabalho investigou e analisou as características e as condições de escoamento dos ventos que ocorrem no estado da Paraíba, a fim de determinar valores locais para os coeficientes de convecção do ar externo (hc’s), com base nos números adimensionais de Prandlt, Reynolds e Nusselt, e correlações empíricas com as sugeridas por Hilpert, que são largamente utilizadas, cujos resultados demonstraram que os valores verificados diferem significativamente dos valores atualmente recomendados palas Normas Brasileiras referentes ao desempenho térmico de edificações, e aos parâmetros básicos de projeto de centrais de ar-condicionado, conduzindo à necessidade de se reverem tais coeficientes e considerarem as inter-relações entre o padrão de ventilação local e o de ocupação do solo, quando do cálculo de acondicionamento térmico de edifícios, para se minimizar os impactos ambientais, otimizar o desempenho energético de edificações, aumentando a economia de energia reduzindo custos.