Orientador: Osvair Vidal Trevisan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-13T21:57:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LlagosteraBeltran_JorgeIsaias_D.pdf: 7665296 bytes, checksum: fb64c55e7694f2d18c174112f78fa53d (MD5) Previous issue date: 1990 / Resumo: Este trabalho apresenta um extenso conjunto de resultados de simulação numérica sobre a convecção mista, natural e forçada em uma configuração porosa abert.a. A configuração estudada é formada por uma camada horizontal que apresenta em sua parede inferior uma cavidade de secção transversal retangular. A parede de fundo da cavidade é aquecida e a parede superior da camada horizontal é resfriada ambas isotermicamente o problema em regime permanente é analisado procurando-se estabelecer os efeitos sobre o escoamento e sobre a transferência de calor do gradiente de pressão imposto externamente à camada horizontal e dos efeitos de empuxo térmico. É também considerada a influência das dimensões geométricas da configuração. Foram obtidos resultados para as taxas globais e locais de transferência de calor ao longo das paredes quente e fria da configuração e são apresentados mapas de linhas de corrente e de isotermas. Foi também estudado analiticamente o escoamento forçado na configuração utilizando a transformação de Schwarz-Christoffel e as funções e integrais elipticas de Jacobi / Abstract: The present work reports an extensive numerical simulation on mixed, natural and forced convection occurring in an horizontal porous layer displaying a lateral rectangular cavity. The bottom wall of the cavity is heated while the upper wall is cooled, both maintained at constant temperatures. The steady-state regime is examined for several intensities of the pressure gradient imposed on the horizontal layer. In the mixed convection part of the study the imposed pressure variations were combined with buoyancy effects due to temperature variations. The interaction mechanisms between the forced flow and the buoyant effects are studied for wide ranges of modified Rayleigh and Peclet numbers. The effects of the geometric aspect ratios on the fluid flow and heat transfer characteristics are also examined. Global and local Nusselt numbers are reported for the heated and cooled walls. Aspects of the fluid flow and temperature fields are illustrated by contour maps. The case of pure forced fluid flow is analyzed using Schwarz-Christoffel transformation and solutions were implicitly obtained in terms of Jacobian elliplic integrals / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Alberto Carrasco Altemani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-13T22:03:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martinez_RafaelHeraldo_M.pdf: 2175573 bytes, checksum: 79e6b76e462f90e9ad31b8116dcc0edf (MD5) Previous issue date: 1990 / Resumo: Neste trabalho foram revistos os problemas clássicos do escoamento fluido induzido por um disco em rotação num meio fluido semi-infinito e da transferência de calor do disco para o fluido. Foram obtidas soluções para o problema da transferência convectiva de calor no caso em que a temperatura da parede do disco pode ser expressa por um polinômio da posição radial...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: In this work, the classical problem of the fluid flow induced by a rotating disk in a large body of luid and of the heat transfer form the disk surface to the fluid were revised. Solutions were obtained for the disk can be expressed by a polynomial of the radial position...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre 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

Atmospheric moist convection is one of the main topics discussed on weather and climate. This study purpose is to understand why different and similar cloud microphysics parameterizations produce different patterns of precipitation at the ground through several numerical sensitivity tests with the WRF model in the simulation of a squall line case observed on the Amazon region. Four different bulk microphysics parameterizations (Lin, WSM6, Morrison, and Milbrandt) were tested, and the main results show that statistical errors do not change significantly among each other for the four numerical domains (from 27 km up to 1 km grids). The correlations between radar rainfall data and the simulated precipitation fields show the double-moment parameterization Morrison scheme was the one that displayed better results in the overall: While Morrison scheme show 0.6 correlation in the western box of the 1 km domain, WSM6 and Lin schemes show 0.39 and 0.05, respectively. Nevertheless, because this scheme presents good correlations with the radar rain rates, it also shows a fairly better system lifecycle, evolution, and propagation when compared to the satellite data. Although, the complexity that the way microphysics variables are treated in both one-moment and double-moment schemes in this case study do not highly affect the simulatios results, the tridimensional vertical cross-sections show that the Purdue Lin and Morrison schemes display more intense systems compared to WSM6 and Milbrandt schemes, which may be associated with the different treatments of the ice-phase microphysics. In the specific comparison between double-moment schemes, the ice quantities generated by both Morrison and Milbrandt schemes highly affected thesystem displacement and rainfall intensity. This also affects the vertical velocities intensity which, in its, turn, changes the size of the cold pools. Differences in ice quantities were responsible for distinct quantities of total precipitable water content, which is related with the verticallly integrated ice mixing ratio generated by Morrison. The system moves faster in Milbrandt scheme compared to Morrison because the scheme generated more graupel quantities, which is smaller in size than hail, and it evaporates easier in the processes inside the cloud due to its size. This fact also changed the more intense cold pools intensity for Milbrandt scheme compared to Morrison. / A convecção atmosférica é um dos principais tópicos discutidos no tempo e clima. O objetivo deste estudo é entender por que diferentes e semelhantes parametrizações de microfísica de nuvens produzem diferentes padrões de precipitação no solo através de vários testes numéricos de sensibilidade com o modelo WRF na simulação de um caso de linha de instabilidade observado na região amazônica. Quatro diferentes parametrizações microfísicas de tipo bulk (Lin, WSM6, Morrison e Milbrandt) foram testadas, e os principais resultados mostram que os erros estatísticos não se alteram significativamente entre si para os quatro domínios numéricos (da grade de 27 km até a de 1 km). As correlações entre dados pluviométricos de radar e os campos de precipitação simulados mostram que o esquema Morrison de parametrização de duplo momento foi o que apresentou melhores resultados, no geral: enquanto o esquema de Morrison mostra correlação 0,6 na caixa oeste do domínio de 1 km, os esquemas WSM6 e Lin mostram 0,39 e 0,05, respectivamente. No entanto, como esse esquema apresenta boas correlações com as taxas de chuva do radar, ele também mostra um ciclo de vida, evolução e propagação do sistema relativamente melhores quando comparado aos dados de satélite. Embora a complexidade com que as variáveis microfísicas são tratadas nos esquemas de um momento e de duplo momento neste estudo de caso não afetam muito os resultados simulados, as seções transversais verticais tridimensionais mostram que os esquemas de Purdue Lin e Morrison exibem mais intensos em comparação com os esquemas WSM6 e Milbrandt, que podem estar associados aos diferentes tratamentos da microfísica da fase de gelo. Na comparação específica entre esquemas de momento duplo, as quantidades de gelo geradas pelos esquemas de Morrison e Milbrandt afetaram muito o deslocamento do sistema e a intensidade da chuva. Isso também afeta a intensidade das velocidades verticais que, por sua vez, altera o tamanho das piscinas frias. As diferençaas nas quantidades de gelo foram responsáveis por quantidades distintas de conteúdo total de água, que está relacionado com a razão de mistura de gelo verticalmente integrada gerada por Morrison. O sistema se move mais rápido no esquema de Milbrandt comparado a Morrison porque o esquema gerou mais quantidades de graupel, que é menor em tamanho do que o granizo, e evapora mais facilmente nos processos dentro da nuvem devido ao seu tamanho. Este fato também mudou a intensidade das piscinas frias mais intensas, porém menores em extensão horizontal, para o esquema Milbrandt em comparação com Morrison.

Orientador: Vicente Luiz Scalon / Coorientador: Alcides Padilha / Banca: Celso Luiz da Silva / Banca: Ismael de Marchi Neto / Banca: Rodrigo Correa da Silva / Resumo: A mudança na geração de energia através de fontes não renováveis para fontes renováveis é uma grande preocupação mundial e nacional, que tem impulsionado pesquisas e desenvolvimentos de tecnologias na área de energia renovável. Neste cenário, a energia solar é uma excelente alternativa, por ter um grande potencial e diversas aplicações. Com isso, este trabalho tem o objetivo de analisar melhorias na eficiência de coletor solar plano, equipamento utilizado no aquecimento de água através da energia solar, ao adicionar barreiras na cavidade de ar confinado entre a sua placa absorvedora e a sua cobertura de vidro. As barreiras bloqueiam o fluxo de ar, provocado pela convecção interna, diminuindo as perdas de calor. A análise foi realizada em quatro coletores, nos quais foram adicionados de uma a quatro barreiras e comparados com um coletor sem barreira como referência. Para isso, foi construída uma bancada de teste com todos equipamentos necessários para obter a eficiência em coletor solar plano. Os resultados dos ensaios mostraram que não houve uma variação significativa da absorção de radiação solar, já que a eficiência máxima manteve-se inalterada. Porém, houve uma diminuição da perda de calor ao adicionar as barreiras, sendo esse resultado diretamente relacionado a inclinação da curva de eficiência usada na análise de coletor solar plano. Os resultados mostram que a inclinação varia em -2,05%, -5,12% e 2,94%, para duas a quatro barreiras, respectivamente. Portanto, as barreir... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The shift in power generation from non-renewable sources to renewable sources is a major global and national concern that has driven research and development of renewable energy technologies. In this scenario, the solar energy is an excellent alternative, for having great potential and diverse applications. With this, the objective of this work is to analyze improvements in the efficiency of solar collector flat, equipment used in heating water through solar energy, by adding barriers in the confined air cavity between its absorber plate and its glass cover. The barriers block the flow of air, caused by internal convection, reducing heat losses. The analysis was performed on four collectors, in which one to four barriers were added and compared with a barrierless collector as a reference. For this, a test bench was built with all the necessary equipment to obtain the efficiency in the flat solar collector. The results of the tests showed that there was no significant variation in the absorption of solar radiation since the maximum efficiency remained unchanged. However, there was a decrease of the heat loss when adding the barriers, being this result directly related to the slope of the curve of efficiency used in the analysis of flat solar collector. The results show that the slope varies by -2.05%, -5.12% and 2.94% for two to four barriers, respectively. Therefore, the barriers reduce the heat loss to the medium, with an optimal number of barriers for each flat solar collector project. / Doutor

Esta trabalho desenvolve um modelo para a análise do escoamento laminar e permanente de convecção natual em tubos verticais concêntricos, considerando-se propriedades variáveis do fluido. Serão consideradas relações de raios dos tubos, aguais a 1,5; 2,0 e 2,5. A condição de contorno para o problema térmico corresponde ao tubo interno com temperatura constante e o externo isolado. Os fluidos considerados correspondem à Números de Prandtl iguais a 0,7 e 2,5, sendo este último próprio para o confronto de resultados numéricos com experimentais obtidos através da Técnica de Sublimação de Naftaleno (Número de Schmidt igual a 2,5). As distribuições de velocidade e temperatura são obtidas através do Método de Diferenças Finitas, e apartir destas são calculados os coeficientes de transferência de interesse, representados pela vazão volumérica, fluxo de entalpia adimensionais bem como pelo Número de Nusselt.

Trata-se da solução analítica, pela técnica de transformada integral finita, do problema de convecção forçada em regime laminar de fluidas Newtonianos imiscíveis, não estratificados, em dutos de geometria simples, tais como tubos e canais de placas planas paralelas. Efetua-se uma extensão do método de contagem de sinal (Sign-Count), para a solução do problema de Sturm-Liouville unidimensional associado a múltiplas regiões, considerando-se descontinuidades nas interfaces. Determina-se os perfis de velocidades e obtém-se expressões e resultados para fatores de atrito, potências de bombeamento e vazões para diversas condições de operação. Estuda-se a influência de espessura da camada do fluido próximo à parede nos coeficientes de transferência de calor em dois sistemas distintos a saber: sistema água-óleo, com aplicação no bombeamento de fluidos muito viscosos, e sistema querosene-água, com aplicação na proteção contra incrustações e corrosão em trocadores de calor. Obtém-se resultados gráficos e númericos para temperaturas médias, números de Nusselt e calor total transferido. Procura-se, portanto, estabelecer a influência da espessura do fluido mais externo no perfil de temperatura em desenvolvimento, e em grandezas relacionadas, em duas situações bastante distintas: na primeira o fluido de menor ciscosidade e de maior condutividade encontra-se em contato com a parede do duto; na segunda, o fluido que entra em contato tem menor condutividade e maior viscosidade.

Orientador : Carlos Alberto Carrosco Altemani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-09-11T20:43:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ganzarolli_MarceloMoreira_M.pdf: 1134461 bytes, checksum: 8a8641edd578ca0d98895fb0fc5a8f55 (MD5) Previous issue date: 1982 / Resumo: É feita uma análise térmica e discussão dos parâmetros que influem na eficiência de um coletor cilíndrico-parabólico, incluindo a comparação de resultados experimentais da literatura com o modelo de análise empregado. Neste trabalho, inclui-se a elaboração de um procedimento geral de otimização do ganho útil de calor do coletor, que considera as condições de operação, ambientais e a radiação solar a que está sendo submetido / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF). / Um estudo numérico da transferência térmica por convecção natural, forçada e mista em um painel fotovoltaico inclinado, em regime laminar e turbulento, foi realizado. Este painel é formado por um conjunto de 16 módulos solares de 1 m (comprimento) x 0,5 m (largura). As equações do modelo matemático foram resolvidas numericamente pelo Método dos Volumes Finitos, utilizando ferramentas CFD. A metodologia RANS foi aplicada para realizar as simulações numéricas do escoamento em regime turbulento, utilizando o modelo de turbulência SST. O modelo numérico foi validado por meio de ensaios experimentais e correlações empíricas presentes na literatura que estimam a transferência térmica em placas planas inclinadas. Os resultados numéricos da transferência térmica por convecção natural, forçada e mista nas superfícies (superior e inferior) do painel fotovoltaico são apresentados relacionando o número de Nusselt com os números de Rayleigh, Reynolds e de Richardson, respectivamente. Foi observado que as correlações empíricas de placa plana vertical em regime de convecção natural (condições de vento nulo) e escoamento laminar podem ser utilizadas para uma placa inclinada até 80° com relação a vertical se a componente da gravidade paralela à placa for usada no cálculo do número de Rayleigh. Entretanto, para escoamento turbulento apresentam incerteza de até 25% devido à amplificação de instabilidades térmicas e fluidodinâmicas na superfície superior do painel que não são previstas por tais correlações. Também foi verificado que, para placa plana inclinada, os efeitos da convecção mista devem ser considerados para 1 ≲ Ri ≲ 60. Correlações numéricas para estimar a transferência térmica por convecção forçada e mista são propostas para escoamentos com características típicas encontradas em aplicações de painéis fotovoltaicos. / A numerical study of heat transfer by natural, forced and mixed convection in an inclined photovoltaic panel was accomplished for laminar and turbulent flows. This panel consists of 16 solar modules of 1 m (length) x 0,5 m (width). The mathematical model equations were numerically solved by the Finite Volume Method using CFD tools. The RANS methodology was applied to perform numerical simulations of turbulent flow with the SST turbulence model. The numerical model was validated through experimental assays and comparison with available empirical correlations in the literature that estimate heat transfer in inclined plates. The numerical results of the heat transfer by natural, forced and mixed convection from the upper and bottom surfaces of the photovoltaic panel are presented by relating the Nusselt number to the Rayleigh, Reynolds and Richardson numbers, respectively. It was observed that the empirical correlations of a vertical flat plate in natural convection (zero wind conditions) and laminar flow may be used for a plate inclined up to at least 80° from the vertical position if the component of gravity parallel to the plate is used in the Rayleigh number. However, these empirical correlations might reach up to 25% of uncertainty for turbulent flows due to the amplification of thermal and fluid dynamic instabilities in the upper surface of the panel that are not predicted by such correlations. Furthermore, it was verified for the inclined flat plate that the effects of mixed convection shall be considered for 1 ≲ Ri ≲ 60. Numerical correlations for estimating forced and mixed convection heat transfers are suggested for the flows with typical characteristics encountered in photovoltaic panel applications.