Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T05:36:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MariadasGracasEnriqueda_D.pdf: 4843069 bytes, checksum: 5d14208a1e0e1647977459c078a921f4 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Este trabalho tem o propósito de estudar numericamente a fusão de um material de mudança de fase ao redor de um cilindro horizontal aquecido, visando a aplicação deste tipo de processo em sistemas de armazenamento de energia na forma de calor latente. A influência da convecção natural na fase líquida foi levada em consideração. O modelo matemático foi formulado em termos das variáveis primitivas, sendo este bidimensional e transiente. A técnica de transformação de coordenadas foi utilizada para fixar e tornar regular a frente de fusão que se desloca ao longo do tempo. O método dos volumes finitos foi empregado para discretizar o sistema de equações diferenciais que governam o modelo matemático, resultando em um sistema de equações algébricas lineares. A solução numérica foi determinada utilizando-se um esquema implícito para as equações da conservação, enquanto, a equação do balanço de energia na fronteira líquido-sólido, foi obtida explicitamente. Analisou-se também a influência dos termos advindos da transformação de coordenadas, presentes nas equações governantes, na solução numérica do modelo. Os resultados numéricos obtidos pelo presente modelo foram comparados com outros disponíveis na literatura, apresentando uma boa concordância. Resultados e correlações para alguns parâmetros fundamentais no dimensionamento de sistemas térmicos também foram obtidos e discutidos neste estudo / Abstract: This work deals with the numerical study of the melting of a phase change material surrounding a horizontal heated cylinder looking at application of this type of process in latent heat thermal energy storage. The influence of the natural convection in the liquid phase has been considered. A two dimensional unsteady mathematical model has been formulated in terms of primitive variables. A transformation coordinate technique has been used to fix and become regular the fusion front moving along the time. The finite volume approach was used in order to discretize the differential equation system governed by the mathematical model, giving a linear algebraic equation system. The numerical solution was determined using a implicit scheme for the momentum and energy equations, while an explicit scheme was used for the interfacial energy balance. The influence of the terms that arise in the governing equations due to the coordinate transformation was investigated. Numerical results from the present model were compared with others models suitable in the literature with good agree. Results and correlations for some important parameters in the design of thermal systems were also obtained and addressed in the present work / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

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

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

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

Orientador: 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.

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.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:41:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329077.pdf: 22755991 bytes, checksum: c32017fcb873899cc5782f98c3be50ac (MD5) Previous issue date: 2014 / A presença de escoamento horizontal em sistemas onde existe um gradiente vertical de temperatura que pode induzir a convecção ao natural pode ser vista em diversas situações, tanto em aplicações tecnológicas quanto em fenômenos naturais. Apesar disto, a influência do escoamento cisalhante sobre os limites onde a convecção natural ocorre ainda é pouco conhecida, especialmente em meios multifásicos. O objetivo do presente trabalho é avaliar a estabilidade de um sistema composto por dois fluidos imiscíveis sobrepostos sujeitos a um gradiente de pressão horizontal, que induz o escoamento nesta direção o, e um gradiente de temperatura vertical que pode levar à formação de células convectivas quando a diferença de temperatura entre as paredes horizontais atingir um valor crítico. Este modelo contempla diferentes fenômenos presentes sistemas mais simples cujas características de estabilidade já são conhecidas e apresentadas na literatura, sendo por isso chamado de convecção o de Rayleigh-Bénard-Poiseuille estratificada. Duas diferentes abordagens numéricas foram empregadas para avaliar a estabilidade este sistema. Primeiramente, foi utilizada uma análise linear onde a dependência das variáveis ao longo do tempo e da direção horizontal é modelada através de modos normais associados a uma determinada perturbação. O comportamento dinâmico desta perturbação define a estabilidade do sistema: se a amplitude da perturbação diminuir com o tempo o sistema ser á estável, caso contrário este seria instável. A segunda forma de análise foi através da simulação numérica direta das equações governantes com o uso de técnicas de fluidodinâmica computacional. Os resultados obtidos com as duas metodologias mostram-se de modo geral em acordo, indicando respostas semelhantes à variação em determinados parâmetros. Devido ao grande número de fenômenos que afetam a estabilidade deste sistema, a análise foi restrita a uma estreita faixa para os parâmetros governantes. Em especial, foram determinados os valores mínimos para o número de Rayleigh necessários para que a convecção natural ocorra e as possíveis formas que o sistema pode ser organizar neste caso. Diferentes modos de acoplamento entre as camadas foram identificados e caracterizados, bem como foram definidos os intervalos onde cada modo surge como mais instável. A competição entre diferentes modos de instabilidade pode alterar de forma significativa os perfis de velocidade e temperatura obtidos, podendo mesmo levar á casos onde o sistema continuamente oscila entre diferentes formas de convecção natural. A indução de um escoamento paralelo, no entanto, inibe a formação destes estados oscilatórios por afetar de forma distinta os diferentes modos. A presença de uma interface separando as duas camadas representa um problema adicional, pois esta pode levar à formação de células convectivas devido unicamente ao efeito termocapilar ou pode ser deformada em função do campo de velocidades e causar variações locais nas espessuras das camadas. Além disso, os resultados obtidos com a simulação direta utilizando o método do volume de fluido mostram que quando o valor de Rayleigh é consideravelmente superior ao valor crítico e a diferença de densidade entre as camadas não for suficiente para estabilizar a interface, a aproximação em termo dos modos normais não é mais válida e estruturas muito complexas podem surgir. Apesar das dificuldades matemáticas e numéricas inerentes `a modelagem desta forma de escoamento, a associação da análise linear com a simulação numérica direta mostrou-se apropriada para a análise de estabilidade da convecção o de Rayleigh-Bénard-Poiseuille estratificada e os resultados obtidos foram suficientes para esclarecer muitas das características deste problema, permitindo um melhor entendimento da origem e interação dos diversos modos de instabilidade.<br> / Abstract : The presence of horizontal flow in systems where a vertical temperature gradient can leads to heat transfer by natural convection is widely observed in several technological applications, such as co-extrusion process and oil-water flows, as well as can occur in natural phenomena such as atmospheric flow and mantle convection. Despite the high relevance to both theoretical and practical applications, the influence of the shear flow on the onset of natural convection is poorly understood, particulary in multiphase systems. The main objective of the study herein reported is to investigate the stability of a system where two superposed immiscible fluids are subject to a pressure gradient inducing horizontal flow and a vertical temperature gradient that induce heat transfer by natural convection if the temperature difference between the horizontal walls reaches a critical value. This system comprehends several characteristics present in other classical flow structures, which stability features are well known, and therefore it is named as Stratified Rayleigh-B´enard-Poiseuille convection. Two different numerical approaches were used to analyze this system. The first one was a linear stability analysis where normal modes were used to express the temporal dependence and spatial distribution along the horizontal direction of the field variables. Each normal mode is related to a disturbance and the dynamic behavior of this disturbance defines the system stability. Whenever the disturbance amplitude decreases along the time and eventually disappears the system will be stable, otherwise it will be unstable. The second numerical approach used was the direct numerical simulation of the governing equation through computational fluid dynamics techniques. The results obtained with both methodologies are in good agreement, showing similar responses to the change in certain parameters. Due to the large number of phenomena governing the system stability, this study focuses in a restricted part of the parameters spectrum, selected mostly to allow the determination of the minimum value that the Rayleigh number must achieve in order to natural convection be possible and the different ways in which the system can self-organize when this happens. Different coupling modes between the bottom and top layers were identified and characterized, as well as the intervals where each mode appears as the most unstable. Competition between different instability modes can change the velocity and temperature profiles significantly and can even leads to situations where the system continuously oscillate between two different natural convection patterns. However, the presence of shear flow inhibits the development of oscillatory states, even at very low Reynolds numbers. This happens because the shear flow affects each instability mode in a different way and the equilibrium between the forces needed to keep the oscillatory state is broken. The existence of an interface separating the system in two layers offers an additional problem. The interface itself can induce the formation of convective cells due to the thermocapillary effect or can be deformed as a result of the velocity field, generating local changes in the layers depth. Moreover, results provided by direct numerical simulation using the volume of fluid method to capture the interface position shows that when the Rayleigh number is substantially greater than the critical value and the density difference between the layers is not enough to stabilize the interface, the approximation given by the normal modes is no more accurate and complex structures with a high interface deformation can appear. Despite the difficulties associated with the numerical and mathematical modeling of this flow structure, the approach adopted in the present study proved to be appropriate to analyze the stability of the stratified Rayleigh-B´enard-Poiseuille convection and the acquired results were adequate to elucidate many of the flow stability properties, allowing a better understanding about the origin and interaction of several instability modes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:02:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 82012.pdf: 1578964 bytes, checksum: 8a0d18231fd287df45d792c7aaabda6b (MD5) Previous issue date: 1988 / Neste trabalho é resolvido numericamente o modelo elíptico do problema da convecção natural em canais abertos, usando o método dos volumes finitos em coordenadas coincidentes com a fronteira. Para o tratamento das condições de contorno na entrada do canal, uma importante questão numérica quando o problema é formulado elipticamente, e proposta uma metodologia de cálculo, onde tanto a pressão como a velocidade são corrigidas durante o processo evolutivo de cálculo. Para a validação da metodologia de aplicação das condições de contorno mencionadas acima, são usados os diversos resultados experimentais e numéricos existentes na literatura para os canais formados por duas placas planas verticais. Finalmente, o problema de convecção natural em canais em forma de "L" é resolvido variando-se o número de Rayleigh e as dimensões geométricas.