Orientador: Marcelo Moreira Ganzarolli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:25:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_ThiagoParente_D.pdf: 4552077 bytes, checksum: 0daf2dd559f652d5de2d91531c795a2d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A convecção natural em cavidades é um dos problemas fundamentais da transferência de calor. Nesse trabalho é estudada a transferência de calor conjugada em uma cavidade quadrada aquecida e resfriada por paredes adjacentes e com um sólido condutor inserido em seu centro. O tamanho e condutividade do sólido no interior da cavidade são caracterizados pelos parâmetros adimensionais ? e k*, definidos pela razão entre as dimensões do bloco e da cavidade, W/L, e a razão entre as condutividades do sólido e fluido, ks/kf, respectivamente. O efeito do bloco na transferência de calor da cavidade é investigado a partir de um estudo paramétrico abrangendo a faixa de número de Rayleigh (Ra) de 10^3 a 10^6, ? de 0,1 a 0,9, k* de 0,001 a 100 e número de Prandtl de 0,7 e 7,0. Os resultados são obtidos a partir da solução numérica das equações governantes e apresentados na forma de número de Nusselt, isolinhas de temperatura, função corrente e de calor. A transferência de calor na cavidade é governada pelo número de Rayleigh, tamanho e condutividade do bloco. O número de Prandtl, dentro da faixa investigada, mostrou pouca influência nos resultados. Nas cavidades com blocos de tamanho ?<0,3 a transferência de calor na cavidade apresenta as mesmas características da cavidade sem bloco, com o número de Nusselt sendo função apenas de Rayleigh. Para blocos maiores, o comportamento do Nusselt passa a depender também do tamanho e condutividade do bloco. De forma geral, para ?>0,8 e k*>10, a influência de Rayleigh na transferência de calor é bastante reduzida e o regime de transferência de calor na cavidade se aproxima do limite de condução pura. Na cavidade aquecida por baixo, a transferência de calor pode ser aumentada com relação à cavidade sem bloco quando um bloco de baixa condutividade é inserido. O aumento relativo do Nusselt na cavidade aquecida por baixo é observado para 10^5?Ra?10^6 e 0,4 / Abstract: Natural convection in enclosures is a fundamental problem in heat transfer. In this work the conjugate heat transfer in a square enclosure heated and cooled at the adjacent walls with an internal conducting solid body is studied. In order to characterize the size and thermal conductivity of the internal solid, the dimensionless parameters ? and k* are defined as the ratio of the solid and enclosure dimensions, W/L, and the solid and fluid conductivities, ks/kf, respectively. The effect of the block on the enclosure heat transfer is investigated in a range of the Rayleigh number (Ra) from 10^3 to 10^6, ? from 0.1 to 0.9, k* from 0.001 to 100 and Prandtl number of 0.7 and 7.0. The results are reported in the form of averaged Nusselt numbers, isotherms, streamlines and heatlines. The heat transfer process in the enclosure is governed by the Rayleigh number, solid size and thermal conductivity. The Prandtl number, in the range evaluated, shows little influence on the results reported. For dimensionless block sizes of ?<0.3, the heat transfer in the enclosure is not affected by the block and the Nusselt number remains a function of the Rayleigh number. As the block size increases, the Nusselt number becomes also dependent of the block size and its thermal conductivity. In the range of ?>0.8 and k*>10, the Nusselt number dependence on the Rayleigh number weakens and the enclosure heat transfer approximates of the pure conduction limit. In the enclosures heated from below the Nusselt number, in comparison with that with no solid body, is enhanced by a centered low conductivity solid body. The increase of Nusselt number is observed in the range of 10^5?Ra?10^6 and 0.4 / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Luiz Fernando Milanez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T23:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santim_ChristianoGarciadaSilva_M.pdf: 4969690 bytes, checksum: ce0fa0a331e41c2ba678acb1f055dad6 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O presente trabalho trata do estudo numérico da fusão de materiais de mudança de fase (PCMs-Phase Change Materials) no interior de uma cavidade retangular e de um cilindro horizontal, usando-se de um aquecimento isotérmico na parede de tais geometrias, utilizando-se de um código CFD. Inicialmente o material sólido encontra-se sub-resfriado. O objetivo é verificar a influência do aquecimento no processo de fusão, bem como o efeito do subresfriamento neste. Algumas hipóteses simplificadoras foram assumidas no modelo matemático. As propriedades termofísicas dos PCMs foram consideradas constantes, exceto para a densidade, onde a aproximação de Boussinesq fora utilizada e, para a fusão do gelo, empregou-se a relação proposta por Gebhart e Mollendorf (1977). O problema foi resolvido usando uma formulação matemática baseada no método da entalpia-porosidade, o qual permite o uso de uma grade espacial fixa. As grades computacionais utilizadas foram selecionadas após verificar-se que os resultados não variavam mais com o refinamento. O fluxo total de calor na superfície interna das paredes também fora obtido para os sistemas, bem como perfis de temperatura, linhas de correntes e perfis das frentes de fusão. Correlações para os tempos totais de fusão dos PCMs em função dos números adimensionais de Stefan e Rayleigh também foram apresentados. Os resultados numéricos foram comparados a resultados experimentais disponíveis na literatura, apresentando boa concordância / Abstract: The present work deals with the numerical study of melting of PCMs inside a rectangular cavity with all isothermally heated walls and inside a horizontal cylinder with isothermally heated wall, utilizing a CFD code. Initially the solid material is sub-cooled. The objective is to verify the influence of the heating in the melting process as well as the sub-cooling effect. Some simplifying hypotheses were assumed in the mathematical model. The thermophysical properties of phase change material were considered constants, except for the density where the Boussinesq aproximation was utilized and, for the ice melting, a relation proposed by Gebhart and Mollendorf (1977) was employed. The problem was solved by using a mathematical formulation based on the enthalpy-porosity method, which allows the use of a fixed spatial grid. The computational grid used was selected after checking that the results did not vary with more refinement. The total heat flux on the inner surfaces was obtained for the systems, as well as several temperature profiles, streamlines and melting front positions. Correlations for the total PCM melting time as a function of the dimensionless numbers of Stefan and Rayleigh were presented. Numerical results were compared with experimental results suitable in the literature showing be in good agreement / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica