Orientador: Mauricio Araujo Zanardi / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Banca: José Rui Camargo / Resumo: O presente trabalho estuda o comportamento de cavidades fechadas e abertas com convecção natural laminar e convecção forçada em regime laminar e turbulento, respectivamente, em regime permanente, para cavidades com razão de aspecto igual a 0,25 (relação entre largura e altura). O modelo simula um sistema térmico composto por um processador e um dissipador de calor aletado limitados por uma cavidade. Para a determinação das distribuições de velocidades e temperaturas são utilizadas as equações da conservação da massa, quantidade de movimento e de energia com a aproximação de Boussinesq. O aplicativo Ansys CFX versão 12 Educacional foi usado para a modelagem e a solução dos problemas, sendo utilizado o modelo de turbulência k-. Foram feitas diversas simulações variandose as condições de contorno, dentro de limites normalmente encontrados em situações reais. Os resultados são apresentados de forma gráfica e dimensional, relacionando temperatura e potência dissipada e temperatura e número Rayleigh. São apresentadas as comparações entre os desempenhos dos dissipadores quanto à posição da cavidade na vertical e horizontal sendo ainda analisada a influência do número de aletas. Para as cavidades abertas com ventilação forçada com fluxo frontal aspirando e soprando, foram simuladas e comparadas duas condições de velocidade do ar para fluxos laminar-turbulento e turbulento / Abstract: The objective of this work is to study the natural convection coupled with forced convection inside an enclosure in both laminar and turbulent flow regimes. It was considered an enclosure with aspect ration of 0,25 (relation between height and width) in which a processor and its finned heat sink is assembled. In order to calculate the velocity temperature and pressure, the mass, energy and momentum conservation equations are solved with the Boussinesq approximation. The turbulent flows are treated using a k- model and the ANSYS-CFX Educational version 12.0 was used to do the calculations. Some situations were simulated with the proper choice of the boundary conditions taking into account the limits found in real applications. The results are presented in a dimensional form even though the Rayleigh number for each situation is evaluated to permit comparisons with results found in the literature. The performance in terms of heat transferred is compared for vertical and horizontal orientation, for heat sinks with different numbers of fins and forced flow in different directions. For the open enclosures with forced flow, the flow direction and the flow regimes were varied / Mestre

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-12-08T16:27:11Z No. of bitstreams: 1 2016_MarceloDiasdeMoura.pdf: 28132530 bytes, checksum: 6a6cb5a7459365d8fa717a39d3be7d6e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-05T21:10:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_MarceloDiasdeMoura.pdf: 28132530 bytes, checksum: 6a6cb5a7459365d8fa717a39d3be7d6e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-05T21:10:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_MarceloDiasdeMoura.pdf: 28132530 bytes, checksum: 6a6cb5a7459365d8fa717a39d3be7d6e (MD5) / A transferência de calor por convecção natural em um fluido confinado entre superfícies (cavidade) e a diferentes temperaturas é um problema que está relacionado com diversas situações práticas que envolvem o condicionamento de produtos na indústria de alimentos, a calefação ou refrigeração. O problema específico aqui analisado diz respeito ao aquecimento transiente de uma cavidade 3D completamente cheia, inicialmente a uma temperatura T0. Em um determinado momento, todas as paredes da caixa são aquecidas a uma temperatura TW, maior que T0. O calor se propaga por convecção natural em recintos até o seu equilíbrio térmico completo. Este problema é analisado por simulações numéricas pelo software de fluidodinâmica OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) e comparado com dados experimentais: cavidade cúbica do trabalho de Lin (1982) e Lin e Akins (1983) e a cavidade paralelepípeda retangular do trabalho de Tollini (1996). Uma discussão sobre a topologia, padrões do escoamento e perda de simetria dentro da cavidade e os efeitos da convecção natural são apresentados. Verificou-se que para baixos números de Rayleigh ocorria a manutenção dos padrões nas estruturas de fluidos aquecidas (em forma de cogumelos) que se formavam na base da cavidade. Sugerindo a desestabilização dessas estruturas para Rayleigh próximos à números de transição laminar-turbulento, observados na simulação de Grandes Escalas. Foram feitas várias implementações na criação de novos Solvers para problemas de agitação/rotação, para convecção natural com Simulação de Grandes Escalas e cálculos auxiliares, que servirão como ferramenta para outros usuários do OpenFOAM. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The heat transfer by natural convection in a fluid confined between surfaces (cavity) and at different temperatures is a problem that is related to a number of practical situations involving conditioning products in the food industry, heating or cooling. The specific problem discussed here relates to transient heating a 3D completely filled cavity initially at a temperature T0. At one point, all the walls of the box are heated to a temperature TW, greater than T0. The heat is spread by natural convection in enclosures to its full thermal equilibrium. This problem is examined by numerical simulations by software fluid dynamics OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) and compared to experimental data: cubic cavity of the work Lin (1982) and Lin e Akins (1983) and the rectangular parallelepiped cavity work of Tollini (1996). A discussion of the topology, flow patterns and loss of symmetry within the cavity and the effects of natural convection are presented. It was found that for low Rayleigh numbers occurred at maintaining standards in the heated fluids structures (mushroom-shaped) which is formed at the base of the cavity. Suggesting the destabilization of these structures to Rayleigh numbers near laminar-turbulent transition, observed in simulation Large Scales. Several implementations were made in the creation of new Solvers for problems of agitation/rotation for natural convection with large simulation scales and auxiliary calculations, which will serve as a tool for other users of OpenFOAM.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-20Bitstream added on 2014-06-13T18:59:51Z : No. of bitstreams: 1 silva_fv_me_guara.pdf: 1042318 bytes, checksum: dc2b3d6ae6f7fba03b073f95c1eab596 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho estuda o comportamento de cavidades fechadas e abertas com convecção natural laminar e convecção forçada em regime laminar e turbulento, respectivamente, em regime permanente, para cavidades com razão de aspecto igual a 0,25 (relação entre largura e altura). O modelo simula um sistema térmico composto por um processador e um dissipador de calor aletado limitados por uma cavidade. Para a determinação das distribuições de velocidades e temperaturas são utilizadas as equações da conservação da massa, quantidade de movimento e de energia com a aproximação de Boussinesq. O aplicativo Ansys CFX versão 12 Educacional foi usado para a modelagem e a solução dos problemas, sendo utilizado o modelo de turbulência k-. Foram feitas diversas simulações variandose as condições de contorno, dentro de limites normalmente encontrados em situações reais. Os resultados são apresentados de forma gráfica e dimensional, relacionando temperatura e potência dissipada e temperatura e número Rayleigh. São apresentadas as comparações entre os desempenhos dos dissipadores quanto à posição da cavidade na vertical e horizontal sendo ainda analisada a influência do número de aletas. Para as cavidades abertas com ventilação forçada com fluxo frontal aspirando e soprando, foram simuladas e comparadas duas condições de velocidade do ar para fluxos laminar-turbulento e turbulento / The objective of this work is to study the natural convection coupled with forced convection inside an enclosure in both laminar and turbulent flow regimes. It was considered an enclosure with aspect ration of 0,25 (relation between height and width) in which a processor and its finned heat sink is assembled. In order to calculate the velocity temperature and pressure, the mass, energy and momentum conservation equations are solved with the Boussinesq approximation. The turbulent flows are treated using a k- model and the ANSYS-CFX Educational version 12.0 was used to do the calculations. Some situations were simulated with the proper choice of the boundary conditions taking into account the limits found in real applications. The results are presented in a dimensional form even though the Rayleigh number for each situation is evaluated to permit comparisons with results found in the literature. The performance in terms of heat transferred is compared for vertical and horizontal orientation, for heat sinks with different numbers of fins and forced flow in different directions. For the open enclosures with forced flow, the flow direction and the flow regimes were varied

Orientador: Luiz Fernando Milanez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-14T01:34:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ganzarolli_MarceloMoreira_D.pdf: 4309682 bytes, checksum: 8954c1bb8f513601e582f8bb26bec390 (MD5) Previous issue date: 1991 / Resumo: Neste trabalho é estudado o fenômeno de convecção natural em uma cavidade retangular aquecida pela base e simetricamente resfriada pelos lados. O problema é resolvido numericamente através da formulação de função corrente-vorticidade, sendo adotada a discretização devida à Allen...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Natural convection is studied in a rectangular cavity heated from below and cooled symmetrically from the sides. The problem is solved nummerically using a stream function-vorticity formulation. The convective terms of the equations are treated by means of the Allen discretization scheme...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecãnica / Made available in DSpace on 2018-07-20T10:36:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre_MarcioElieldeOliveira_M.pdf: 26032193 bytes, checksum: 8f2f8139c3901c9e5ebb50bc4041b2f5 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento dos fluidos água e ar com escoamento laminar e regime permanente em convecção natural em contato com uma placa plana vertical, considerando os casos de placa com temperatura constante e fluxo de calor constante com propriedades variáveis. O Método de Diferenças Finitas com variáveis primitivas é aplicado, usando uma abordagem de falso-transiente na equação da energia e da quantidade de movimento. O algoritmo foi testado para os seguintes casos com soluções de similaridade: placa isotérmica e placa com fluxo de calor constante para fluido com propriedades constantes e placa isotérmica para fluido com propriedades variáveis. Os erros obtidos foram da ordem de 2% ou menos em todo o domínio de cálculo, exceto no início da placa. O algoritmo foi usado no caso de placa com fluxo de calor constante e fluido com propriedades variáveis onde não há solução de similaridade / Abstract: The aim of the work is to analyse the behavior of the fluids water and air in laminar steady-state which natural convection flow around a vertical flat plate, considering both the uniform temperature and uniform heat flux cases and the variation of the properties with the temperature. The Finite Difference Method with the primitives variables is applied using a false transient approach in he energy and momentum equations. The algorithm was tested for following cases with similarity solutions: constant fluid properties with both isotherm and constant heat flux plate and variable properties with isotherm plate. The errors obtained were about of 2% ar less, in whole domain, except at the begining of the plate. The algorithm was used in the case of variable properties with uniform heat flux plate, which does not similarity solutions / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

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

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

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1988. / Made available in DSpace on 2013-12-05T20:01:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 82017.pdf: 2505712 bytes, checksum: 407aa9b7591ea76a2c7636326ee31580 (MD5) Previous issue date: 1988 / A solução numérica do problema da convecção natural laminar em cavidades hexagonias é obtida neste trabalho usando-se o método dos volumes finitos em coordenadas que se adaptam às fronteiras do domínio de cálculo. O conjunto de cavidades hexagonais estudado é obtido variando-se o ângulo entre os dois lados inclinados do hexágono, mantendo-se os outros dois lados horizontais. Os lados inclinados da esquerda são aquecidos, os lados inclinados da direita resfriados enquanto que os dois lados horizontais são adiabáticos. Este conjunto é formado por cavidades de ângulos de 30o a 180o. Do ponto de vista numérico, o sistema de equações é resolvido utilizando-se um método implícito usando variáveis primitivas, empregando-se o método MSI (Modified Strongly Implicit procedure) para resolver os sistemas linearizados obtidos com a discretização da equação da energia e da conservação da massa.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:36:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319127.pdf: 3154387 bytes, checksum: df3960c2e36e238f88a00e8e016bd68c (MD5) Previous issue date: 2013 / A convecção natural em cavidades fechadas tem sido extensivamente investigada em função de sua importância em diversas aplicações tecnológicas, tais como resfriamento de componentes eletrônicos, isolamento de reatores nucleares, conforto térmico em edificações e compartimentos de refrigeradores domésticos. O presente trabalho consiste na investigação experimental da convecção natural turbulenta em uma cavidade paralelepípeda. A cavidade em estudo possui uma razão de aspecto altura/largura igual a quatro e base quadrada, com as paredes verticais mantidas em diferentes temperaturas, resultando em um número de Rayleigh igual a 1,14 x 1010. Medições de perfis de velocidade e tensões de Reynolds são realizadas via velocimetria laser Doppler (LDV) em diferentes seções da cavidade. O escoamento demonstrou ser restrito às regiões próximas das paredes verticais, com velocidades mais elevadas junto à parede quente. Um resultado inesperado foi obtido na região da parede fria, onde logo depois de uma fina camada de fluido que escoa para baixo, o escoamento se dá no sentido ascendente. Através de perfis da componente vertical de velocidade e da visualização via velocimetria por imagens de partículas (PIV), observou-se que isto é provavelmente causado por uma camada de fluido intrusiva que se move para cima. Campos instantâneos de velocidade obtidos pelas medições PIV também indicam a presença de vórtices que se movem ao longo de ambas as paredes verticais. <br> / Abstract : Turbulent natural convection in cavities has been extensively studied due to its importance in various technological applications, such as cooling of electronic components, insulation of nuclear reactors, thermal comfort in buildings and compartments of refrigerators. This master?s thesis reports an experimental investigation of turbulent natural convection in a parallelepiped cavity. The cavity has an aspect ratio height/width equal to four and a square base, with the vertical walls maintained at different temperatures, resulting in a Rayleigh number equal to 1.14 x 1010. Measurements of velocity and Reynolds stresses were carried out via laser Doppler velocimetry (LDV) in different sections of the cavity. The flow was found to be restricted within a very narrow region next to vertical walls, with higher levels of velocity next to the hot wall. Unexpectedly, fluid flow was seen to be upwards after a very thin layer of descending flow along the cold wall. With reference to profiles of vertical velocity component and flow images acquired through PIV, it was observed that this phenomenon is probably associated with a fluid intrusion traveling upwards. PIV measurements also indicate the presence of vortices moving along both vertical walls.

Orientador: Jorge Isaias Llagostera Beltran / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T22:32:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria_Paulo_M.pdf: 5714892 bytes, checksum: 0ce6a0fcbc8a6c537095eaed5eb435f1 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: o fenômeno da convecção natural no interior de cavidades porosas foi estudado em situações envolvendo o regime transitório, procurando analisar a influência de diversos aspectos sobre o processo de transferência de calor e sobre as caracteristicas do escoamento. A metodologia utilizada consistiu na consideração de escoamentos em meios porosos saturados, envolvendo situações em que seja aplicável a lei de Darcy. As equações diferenciais que representam a conservação de energia, de quantidade de movimento e de massa foram adimensionalizadas e discretizadas, e os sistemas obtidos resolvidos numericamente de modo a simular o fenômeno, em regime transitório. Dessa forma, foram estudados os aspectos relevantes do processo de evolução dos campos de temperatura e de velocidades, e calculados os valores locais e globais do número de Nusselt para diversos casos. Nos experimentos numéricos realizados foi constatado que a solução em regime permanente depende da condição inicial (ponto de partida) do problema, além da possibilidade da existência de múltiplas soluções estáveis para as mesmas condições de contorno e parâmetros adimensionais do problema. Os resultados estão apresentados na forma de tabelas, gráficos e mapas dos campos de temperatura e de função corrente com os respectivos comentários e conclusões / Abstract: The present work reports a numerical simulation on transient natural convection occurring in a porous cavity. The botton wall ofthe bibimensional cavity is heated while the upper wall is cooled, both maintained at constant temperatures. The transient regime is examined for several intensities of the buoyancy effects due to temperature variations. The transient fluid flow and heat transfer characteristics are studied. Global Nusselt numbers are reported for the heated and cooled wall. Aspects ofthe fluid flow and temperature fields are illustrated by contour maps / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica