O modelo de avaliação da camada limite dinâmica e térmica foi implementado, no presente trabalho, em um código numérico para o cálculo do coeficiente de transferência de calor convectivo sobre aerofólios de uso aeronáutico com formação de gelo. Foram considerados, no modelo da camada limite turbulenta, os efeitos da rugosidade equivalente do grão de areia ks, e transição entre o regime laminar e turbulento foi avaliada por dois modelos, um abrupto e um suave. Para a transição suave foi utilizada uma função intermitência proposta por (ABU-GHANNAM; SHAW, 1980). O código desenvolvido neste trabalho foi acoplado aos módulos do código ONERA com o objetivo de simular as formas de gelo em aerofólios para diversas condições de escoamento do ar com conteúdo de água. As formas de gelo obtidas foram comparadas com dados experimentais de Shine Bond (1994) e com resultados de simulações dos códigos LEWICE, TRAJICE e ONERA (KIND, 2001). Os resultados das simulações do presente trabalho apresentaram boa semelhança com os resultados dos outros códigos. A simulação da previsão de formas de gelo do tipo Glaze, do presente trabalho e dos outros códigos, resultou em formas de gelo de espessura e volume menores que as formas experimentais. Foi verificado que uma previsão adequada do coeficiente de transferência de calor convectivo afeta a simulação das formas deste tipo de gelo. Um caso de Kind (2001) foi utilizado para avaliar os efeitos dos parâmetros da camada limite dinâmica e térmica na formação de gelo em aerofólios. Verificou-se que a posição do início da transição do regime laminar para o turbulento, o comprimento d a transição e o valor da rugosidade afetam a forma, a espessura e o volume do gelo, e que estes parâmetros podem ser utilizados para ajustes dos modelos de camada limite para melhores previsões de formas de gelo do tipo Glaze. / The model to evaluate the momentum and thermal boundary layer was implemented, in the present work, in a numerical module to calculate the convective heat transfer coecient over aeronautical airfoils with ice accretion. It was considered, in the turbulent boundary layer model, the eects of the equivalent sand grain roughness ks , and the laminar to turbulent transition was evaluated with two models, the abrupt and the smooth one. The smooth transition model used an intermittency function proposed by (ABU-GHANNAM; SHAW, 1980). The module developed in this work was integrated with the modules of the code ONERA in order to simulate the airfoil icing shapes for several air stream with water droplets condition. The ice shapes obtained was compared with experimental data of Shin e Bond (1994) and with simulation results for the codes LEWICE, TRAJICE e ONERA (KIND, 2001). The results of the simulations for the present work showed a good similarity with the other codes results. The Glaze icing shapes simulation, in the present work and in the other codes, resulted in icing shapes with thickness and volumes lesser than the experimental shapes. It was noted that a reasonable prediction of the convective heat transfer coecient aects the simulation of this type of ice shape. One case of Kind (2001) was used to evaluate the eects of the momentum and thermal boundary layer for the icing accreations in the airfoil. It was noted the onset position, the lenght of the laminar-turbulent transition, and the sand grain roughness value aects the icing shape, thickness and volume and this parameters might be used to adjust the boundary layer models in order to get better predictions of Glaze icing shapes.

O oxicorte produz superfícies que variam entre um padrão semelhante à usinagem até outro em que o corte é praticamente sem qualidade. Além das condições de equipamentos e habilidade de operadores, estas possibilidades são conseqüências da correta seleção de parâmetros e variáveis de trabalho. O processo baseia-se numa reação química fortemente exotérmica, que gera parte de calor necessário para sua ocorrência juntamente com o restante do calor proveniente da chama do maçarico. A proporção entre estes valores é fortemente dependente, entre outros fatores, da espessura do material utilizado. Este trabalho mostra como calcular a quantidade de energia gerada no oxicorte, com duas metodologias de diferentes autores, estuda de que maneira fatores como a variação da concentração do oxigênio e a temperatura inicial das chapas cortadas podem variar o balanço térmico e simula, com a utilização de Redes Neurais Artificiais, alguns dos dados necessários para a realização destes cálculos. Para isto foram cortadas chapas de aço carbono ASTM A36 de 12,7 a 50,8 mm, com diferentes concentrações de O2 (99,5% e 99,95%) e diferentes temperaturas de pré-aquecimento das chapas (30 e 230±30ºC). As superfícies cortadas foram caracterizadas, os óxidos produzidos identificados e os resultados foram correlacionados com o uso de tratamento matemático e técnicas de inteligência artificial. Para a realização do trabalho alguns aspectos não existentes em literatura foram superados como o desenvolvimento de uma metodologia para a caracterização dos óxidos de Fe por meio de difração de raios X com o método de Rietveld, a utilização de redes neurais artificiais para estimativa de resultados no processo oxicorte e a comparação entre diferentes redes neurais artificiais, que são também aspectos inéditos apresentados nos sete artigos técnicos publicados no decorrer deste trabalho. Os resultados apresentam: uma metodologia para a análise da eficiência energética do processo, o desenvolvimento de técnicas que, com o emprego de inteligência artificial simulam o comportamento de aspectos do processo, o que por fim possibilita a simulação da análise de sua eficiência energética. / Oxygen cutting process produces surfaces that vary from a machine cut finishing to one of virtually no quality at all. Besides equipment conditions and operators\' skills, these possibilities result from the correct selection of work parameters and variables. The process is based on a highly exothermic chemical reaction that generates part of the heat needed for its occurrence, along with the rest of heat resultant from the flame of the blowpipe. The ratio between these values depends highly on the thickness of the material used. This work shows how to calculate the amount of energy generated in the cutting process. Based on two methodologies of different authors, this research studies how factors such as the change in the oxygen concentration and the pre heating temperature of plates can vary the heat balance and simulates, with the use of Artificial Neural Networks, some of the data needed to perform these calculations. ASTM A36 carbon steel plates, from 12.7 to 50.8 mm thick, with different oxygen concentration (99,5% e 99,95%) and preheating temperatures (30 and 230 ±30ºC) were cut. The cut surfaces and the produced oxides were characterized and the results were correlated with the use of mathematical treatment and artificial intelligence techniques. In order to carry out this work some previously inexistent aspects in literature have been developed, such as a Fe oxides characterization methodology with X-ray diffraction and Rietveld method; the use of artificial neural networks to simulate the results in the oxygen cutting process and the comparison between different artificial neural networks, which are unpublished aspects of this work that can be seen in seven technical papers published while this work was in progress. Results show: a methodology for the analysis of the energy efficiency of the process; the development of techniques that, together with artificial intelligence, simulate the results of aspects of the process; which finally allows the simulation analysis of the energy efficiency of the process.

Este trabalho constitui o estudo experimental de um componente importante de um ciclo de refrigeração por absorção de amônia-água - o destilador. O destilador neste ciclo, é o encarregado de produzir vapor de amônia de elevada pureza a partir de uma solução líquida concentrada de amônia-água. É proposto aqui um destilador de filme descendente composto somente por dois elementos: o gerador e o retificador. O gerador é constituído por um banco de tubos horizontais que no seu interior passa óleo térmico sintético aquecido. A solução de amônia-água concentrada escoa externamente aos tubos por filme descendente e, mediante seu aquecimento, é produzido vapor de amônia úmida. O retificador, também constituído por tubos horizontais, resfria e condensa parte desse vapor úmido, produzindo assim vapor de amônia destilada de elevada pureza. O objetivo deste trabalho foi analisar experimentalmente a influência de diferentes parâmetros no funcionamento do destilador no que diz respeito à concentração e à vazão mássica de destilado de amônia produzido. Para isso, foi construído um arranjo experimental que permite variar temperatura, vazão e concentração da solução amônia-água, bem como, a temperatura do óleo térmico no gerador e da água de resfriamento no retificador. O aparelho pode trabalhar com pressão interna até 20 bar e temperatura até 150 °C. Os resultados mostraram que a concentração de amônia destilada aumenta quando incrementada a vazão mássica da solução concentrada e quando a temperatura do retificador, do gerador e da solução concentrada diminui. Porém, exceto na diminuição da temperatura do retificador, sempre quando o grau de pureza do destilado de amônia aumentava, sua vazão mássica diminuía. Foram realizados ensaios com duas concentrações de solução concentrada que são: 37 e 49 %. A pureza do destilado de amônia aumenta quanto maior for essa concentração, chegando até 99,74 %. Foram também analisados o sistema de distribuição de líquido nos tubos, o padrão de escoamento entre os tubos, bem como, avaliou-se o número de Nusselt médio para o filme descendente da mistura amônia-água. / This work presents the experimental study of an important component of an ammonia-water absorption refrigeration cycle - the distiller. The distiller is responsible for producing high purity ammonia vapor from a concentrated ammonia-water liquid solution. It is analyzed here a falling film distiller composed solely of two elements: the generator and the rectifier. The generator consists of a horizontal tube bundle which internally hot thermal synthetic oil passes through. The ammonia-water concentrated solution flows externally on the tubes making a falling film resulting in a wet ammonia vapor. The rectifier, which is also a horizontal tube bundle, cools down the wet ammonia vapor and condenses part of water content, thus producing high purity distilled ammonia vapor. The aim of this work is to analyze the influence of different parameters on the operation of the distiller, respecting the concentration and the mass flow rate of distillate ammonia produced. For that, an experimental setup that allows to vary the temperature, the mass flow rate and the concentration of the ammonia-water solution, as well as, the thermal oil temperature in the generator and the cooling water temperature in the rectifier was built. This experimental setup can work at internal pressures up to 20 bar and temperature up to 150 °C. The results showed that the distilled ammonia concentration enhances when increased the concentrated solution mass flow rate, and when the temperature of the rectifier, generator and the concentrated solution decreased. However, except in the reduction of the rectifier temperature, whenever the purity of distilled ammonia increased, its mass flow rate decreased. There were performed tests with two concentrations of the concentrated solution: 37 and 49 %. The ammonia distilled purity increases for the higher concentration, reaching up to 99.74 %. There were also analyzed the liquid distribution system on the pipes, the intertube flow mode, furthermore, the average Nusselt number for the ammonia-water falling film mixture.

Torres de resfriamento são equipamentos muito utilizados na indústria e que muitas vezes operam sob condições adversas, particularmente, temperatura de água acima dos 50°C na entrada da torre. Nesta condição, tem-se alta taxa de evaporação e eventualmente condição de alto transporte de massa, normalmente não considerado no equacionamento de torres de resfriamento. Apresenta-se assim uma análise comparativa de diferentes métodos de cálculo de torres de resfriamento: Merkel, Poppe e o modelo proposto. No modelo proposto neste estudo, consideram-se os balanços diferenciais de massa e energia e os mecanismos de transporte simultâneo de calor e massa, na condição de alto transporte de massa e de supersaturação do ar, caso o vapor de água condense na forma de névoa. Para os casos em que há saturação do ar, os balanços diferenciais de massa e energia passam a contemplar este fenômeno a partir do momento em que ocorre a saturação. O modelo matemático desenvolvido consiste de equações diferenciais ordinárias e equações auxiliares, e foi implementado em uma interface Matlab. Os principais parâmetros investigados foram: as vazões de água e ar, a temperatura de bulbo úmido do ar, a temperatura da água na entrada da coluna e a altura da torre. A partir das simulações matemáticas, foram obtidos resultados de temperaturas do ar, da água e da umidade do ar ao longo da coluna, para os diferentes métodos. / Cooling towers are equipment widely used in industrial plants, where these operate under severe conditions such as cooling water inlet temperatures above 50oC. Under this condition, there are high evaporation of water and high mass transfer, generally not considered in performance analysis of a cooling tower. This work presents and analyzes the differences between the proposed model and the Merkel and Poppe approaches. The proposed model in this work is based on differential equations for energy and mass balances and on the mechanisms of combined heat and mass transfers, at high mass transfer condition and considering the supersaturated air from the height of the tower that the excess of water vapor condenses as a mist. At the point that the air became supersaturated, the differential equations for energy and mass balances start to consider the supersaturation phenomena. The mathematical model developed in this work is composed by ordinary differential equations and auxiliary equations which were solved at Matlab. The parameters investigated were water and air mass flow rates, air wet bulb temperature, water inlet temperature and tower height. The results of air and water temperatures, humidity air across the tower height are presented for each method analyzed.

O presente estudo envolve a análise teórico-experimental da transferência de calor através do mecanismo de ebulição em um único tubo e em banco com três tubos horizontais. A análise da literatura permitiu levantar os parâmetros que podem influenciar o coeficiente de transferência de calor na ebulição em banco de tubos e algumas correlações. O aparato experimental foi adaptado para realização de ensaios envolvendo refrigerantes halogenados, 3 tubos dispostos em fileiras paralelas e 3 distintos diâmetros. Nos experimentos foram utilizados os refrigerantes R-11, R-123 (baixa pressão) e R-134a (média pressão), tubos de latão aquecidos internamente com resistências elétricas, com fluxo de calor específico variando entre 1 e 40 kW/'M POT.2'. Através dos resultados foram observados alguns comportamentos inéditos na influência do acabamento superficial e em banco de tubos. Com base no banco de dados levantado, foi desenvolvida uma correlação para o coeficiente de transferência de calor em ebulição em banco de tubos. Os resultados obtidos por esta correlação apresentaram reduzidos desvios em relação aos experimentais. / The research reported herein is a theoretical and experimental investigation of nucleate boiling heat transfer in an isolated tube and a row of three horizontal tubes. The literature review provided enough information to raise the intervening physical parameters and several correlations. The experimental bench has been developed and adapted to perform experiments with several refrigerants, three different tube diameters, and to accommodate a row of three parallel tubes. The experiments have been carried out with refrigerants R-11, R-123 and R-134a. Heating of the brass tubes has been provided by tubular electrical heaters inserted inside the tubes. The heat flux varied from 1 to 40 kW/'M POT.2'. Experiments have been carried out by successively heating two and three tubes. Effects of boiling in tubes underneath (lower level) have been investigated. Finally a correlation for the heat transfer coefficient in successive tubes of a tube bank has been developed. The correlation presents good accuracy with respect to data from the present investigation.

Neste trabalho é proposta uma metodologia numérica como ferramenta para avaliação de ambientes térmicos com manequins. A simulação de CFD do ambiente térmico em simulador comercial é integrada à simulação do sistema térmico do corpo humano realizada em código acadêmico. As soluções dos fluxos de calor e temperaturas nas peles são retroalimentadas e a transferência de informações é realizada via arquivo. A geometria do ambiente térmico é simplificada para minimizar os efeitos de problemas com a malha computacional na simulação de CFD, permitindo uma melhor análise do método interativo proposto. O manequim é separado em 15 segmentos cilíndricos representando cabeça, pescoço, tronco, braços, antebraços, mãos, coxas, pernas e pés. Cada segmento é subdividido em quatro quadrantes, totalizando 60 zonas, para capturar assimetrias térmicas e aerodinâmicas. Foi conduzido estudo de validação geométrica de manequim virtual pela comparação de resultados dos coeficientes térmicos obtidos com CFD e resultados obtidos de ensaios experimentais da literatura. A qualidade da malha e o tratamento de parede são discutidos. Os resultados tornam evidente que uma geometria simplificada do manequim é suficiente para estudos e avaliações de ambiente térmico e de conforto térmico quando se utiliza técnicas numéricas de CFD. Os resultados a partir da integração dos simuladores mostram que o método numérico pode ser instável nos segmentos com baixo metabolismo e baixa vazão de sangue, como nos pés e mãos. Pretende-se introduzir na metodologia proposta algum mecanismo que identifique automaticamente este fenômeno, para evitar a divergência do método e tornar a ferramenta mais robusta. / In this work is proposed a new numerical methodology as a tool for thermal comfort evaluation. This method promotes the interaction of the thermal environment simulation and the thermal system of the human body simulation. The commercial CFD simulator FLUENT R and an academician code for human body simulation are used. The solutions are fed back and the transfer is made by file. The geometry of the room is simplified to minimize the effects of problems with the computational mesh in the CFD simulation, allowing a better analysis of the proposed interactive method. The dummy is separated into 15 cylindrical segments representing head, neck, trunk, arms, forearms, hands, thighs, legs and feet. Each segment is subdivided into four quadrants, totaling 60 zones, to capture asymmetries in the heat flux field and temperature field. Was conducted a geometric validation of virtual dummy by comparing results of heat transfer coefficients from literature and CFD simulation. The mesh quality and near wall treatment are discussed. The results show that a simplified geometry of the dummy is sufficient for thermal environment studies and evaluations in CFD simulations. The results from coupled simulations show that the numerical method can be unstable in the segments with low metabolism and low blood flow, as the feet and hands. So, its intended to introduce mechanisms in the methodology to automatically identify this phenomenon and to avoid the divergence of the method to make more robust this methodology.

A demanda por produtos industrializados que apresentem máxima preservação de suas características naturais têm crescido e feito as indústrias alimentícias re-analisarem seus processos para atingirem essa necessidade do mercado. A abordagem convencional conservadora, utilizada para o dimensionamento do processamento térmico de alimentos, pode levar ao sobre-processamento especialmente no regime laminar, devido às significativas distribuições de temperatura e tempos de residência existentes. Um modelo matemático, composto por equações diferenciais de massa e energia foi elaborado, considerando o processamento térmico de um fluido não-newtoniano, sob regime laminar, escoando em um trocador de calor bitubular. No modelo, se levou em conta as dispersões efetivas de massa e energia associadas com o escoamento laminar não ideal, as trocas de calor com o ambiente, a letalidade que ocorre no aquecimento e resfriamento e o perfil de velocidade. O modelo foi testado por meio de simulações do estudo de caso do processamento térmico de suco de graviola (fluido pseudoplástico) considerando a destruição de bolores e leveduras. Objetivou-se nas simulações avaliar o efeito de distintas considerações do modelo nas variáveis consideradas. Os resultados indicaram que as etapas de aquecimento e resfriamento contribuíram de forma significativa na letalidade do processo, assim como as considerações quanto às dispersões de massa e energia. Como exemplo, as letalidades, considerando a abordagem convencional (tubo de retenção isotérmico com velocidade máxima) e o modelo completo (com todas as considerações) apresentaram valores de 1,46 e 5,74, respectivamente. A flexibilidade do modelo elaborado, assim como os tempos computacionais pequenos necessários para obter os resultados são as principais vantagens do uso do mesmo. Acredita-se que o modelo elaborado pode contribuir de forma importante para o correto dimensionamento e avaliação de processos térmicos em indústrias de alimentos, permitindo que a demanda dos consumidores seja atendida. / The demand for industrialized food with maximum retention of sensorial and nutritional attributes has grown and made the food industries rethink operational conditions to meet this market expectation. The classic conservative approach, used for the design of thermal food processing can lead to over-processing specially in laminar regime, due to the existing significant temperature and residence time distributions. A mathematical model, comprising differential equations for mass and heat transfer was elaborated, considering the thermal processing of a non-Newtonian liquid, under laminar flow in a double-pipe heat exchanger. In the model, it was taken into account the effective mass and energy dispersions associated with the non-ideal laminar flow, the heat exchange with the ambient, the contribution from heating and cooling sections in the lethality and the velocity profile. The model was tested through simulations of a study case of soursop juice processing (pseudoplastic fluid) regarding the destruction of yeast and molds. The objective of the simulations was to evaluate the effect of distinct model assumptions on the variables. The results indicated that the heating and cooling sections and the assumptions regarding the effective mass and energy dispersions had an important contribution to the processing lethality. As an example, the lethality, regarding the conventional approach (isothermal holding tube at the maximum velocity) and the complete model (with all the assumptions) were 1.46 and 5.74, respectively. The model flexibility and the small computational time needed for the results to the obtained are the main advantages of its use. It is expected that the developed model can be an important contribution to the correct design and evaluation of thermal processing in food industries, allowing the consumer demands to the reached.

<p>Steel heating and melting processes consume the majority of the energy used in advanced short-process steelmaking practices. Economic and environmental pressures from energy consumption drive the research to improve the furnace operation efficiency and energy efficiency. The goal of this research is to utilize computational fluid dynamics (CFD) modeling to provide useful tools and recommendations on the steel heating and melting practices in the steelmaking process. The steel slab reheating process, the steel scrap preheating process and the steel scrap melting process are studied.</p> <p> </p> <p>A transient three-dimensional (3-D) CFD model was developed to simulate the flow characteristics, combustion process and multi-scale, multi-mode heat transfer inside the reheating furnace. The actual geometry of an operating industrial furnace was used and typical operating conditions were simulated. Specific walking speeds of slabs in production were modeled using a dynamic mesh model which is controlled by a user-defined function (UDF) solved using ANSYS Fluent. Fuel variations at different zones with respect to time were also considered. The model was validated with instrumented slab trials conducted at the SSAB Mobile (Alabama) mill. The temperature field in the furnace and the temperature evolution of a slab predicted by the CFD model are in good agreement with those obtained from the instrumented slab trials. Based on the simulation results, the slab reheating process and the temperature uniformity of a slab at discharge were able to be properly evaluated. In addition, a comprehensive two-dimensional (2-D) numerical heat transfer model for slab reheating in a walking beam furnace was developed using the finite difference method. An in-house code was developed. The model is capable of predicting slab temperature evolution during a reheating process based on real time furnace conditions and steel physical properties. The model was validated by using mill instrumented slab trials and production data. The results show that the temperature evolution predicted by the model is in good agreement with that measured by the thermocouples embedded in the instrumented slab. Compared with 3-D CFD simulation of a reheating process, this 2-D heat transfer model used for predicting slab temperature evolution requires less computing power and can provide results in a few seconds. A graphical user interface was also developed to facilitate the input and output process. This is a very convenient and user-friendly tool which can be used easily by mill metallurgists in troubleshooting and process optimization.</p> <p> </p> <p>CFD models for steel scrap preheating and melting processes by the combined effects of the heat source from both oxy-fuel combustion and electric arc were also developed. The oxy-fuel burners firing natural gas (NG) are widely used in EAF operation during the scrap preheating and melting stages. In order to understand the role of oxy-fuel combustion and potentially increase the energy input from NG while decreasing the electricity consumption, numerical simulation of scrap preheating by oxy-fuel combustion in an EAF was firstly conducted. A 3-D CFD model was developed with detailed consideration of gas flow, oxy-fuel combustion, heat transfer between gas and solid scrap and scrap oxidation. The model was validated by a small-scale experimental study and applied onto a real-scale EAF.</p> <p> </p> <p>Scrap melting in bath is comprehensively studied with a CFD model developed to simulate the melting in bath process under given operating conditions. Two sub-models were developed for model integration: steel melting model and coherent jet model. The multiphase volume of fluid (VOF) model and the enthalpy-porosity technique are applied to describe the steel melting process. The coherent jet model calculates the gas jet momentum and is integrated into the flow model to calculate its effect on the fluid flow in the bath. The electric arc was treated as a heat flux to represent the heat transfer from the electric arc during the melting process. Model validations were conducted for each sub-model to ensure their accuracy. Parametric studies were also carried out to obtain useful information for real practice. </p><p>Overall, the CFD models developed in this research work have demonstrated value in improving energy efficiency in the energy-intensive steelmaking processes. The developed CFD models also provide insights for better understanding of the multi-physics processes.<br></p> <p> </p>

Dissipadores de calor baseados em microcanais são apresentados como solução para a remoção de fluxos de calor elevados em espaços restritos, pois proporcionam elevados coeficientes de transferência de calor quando comparados a canais convencionais. Tais trocadores também proporcionam elevadas razões entre a área superficial em contato com o refrigerante por unidade de volume do dissipador. Além dos microcanais, a utilização de nanofluidos também se apresenta como tecnologia com potencial de incremento do coeficiente de transferência de calor. Os nanofluidos consistem na adição de nanopartículas a um fluido base visando alterar suas propriedades de transporte termodinâmicas. Neste contexto, o objetivo do presente estudo é avaliar o coeficiente de transferência de calor para escoamentos monofásicos e ebulição convectiva de nanofluidos aquosos no interior de microcanais. Para isto, foram realizados experimentos em canais com diâmetro de 1,1 mm e comprimento de 200 mm para água deionizada, nanofluidos de alumina com diâmetros de 20-30 e 40-80 nm, nanofluidos de dióxido de silício com diâmetros de 15 e 80 nm, e nanofluidos de cobre com diâmetro de 25 nm. Estas soluções foram ensaiadas para concentrações volumétricas de nanopartículas de 0,001, 0,01 e 0,1, velocidades mássicas de 200, 400 e 600 kg/m2s e fluxos de calor de 20 a 350 kW/m2. A análise dos resultados revelou que a adição de nanopartículas a água deionizada proporciona o incremento do número de Nusselt para escoamentos monofásicos, principalmente na região inicial do tubo. Concluiu-se que os efeitos da adição de nanopartículas a um fluido base no coeficiente de transferência de calor durante a ebulição convectiva estão relacionados ao recobrimento da superfície com uma camada porosa. A deposição de nanopartículas com diâmetro inferior a 30 nm resultou na redução do coeficiente de transferência de calor e das instabilidades térmicas do escoamento em relação a água deionizada. O coeficiente de transferência de calor e as instabilidades térmicas não apresentaram variações significativas da deposição de nanopartículas com diâmetro superior a 40 nm. Por meio da análise da textura das superfícies recobertas e do critério de nucleação proposto por Kandlikar et al. (1997) concluiu-se que tal comportamento encontra-se associado aos efeitos do acabamento superficial na densidade de cavidades de nucleação ativas. / Microchannels based heat exchangers were introduced as a solution to high heat flux removal in restrict spaces due to their high heat transfer coefficients compared to heat exchangers based on conventional channels. The high ratio of surface are per volume is an additional advantage to microchannels in relation to conventional channels. Beside the microchannels technology, the nanofluids also present itself as a technique with potential to increase the heat transfer coefficient. Nanofluids consist of a solution containing nanoparticles dispersed in a base fluid with the goal to improve its thermodynamic and transport properties. In this context, the objective of the present study is to evaluate the heat transfer coefficient for single-phase flow and convective boiling of aqueous nanofluids inside microchannels. Experiments were performed for channels with internal diameter of 1.1mm and 200 mm long for DI-water, nanofluids containing alumina- (nanoparticles diameters of 20-30 and 40-80 nm), silicon dioxide (nanoparticles diameters of 15 and 80 nm), and copper (nanoparticles diameter of 25 nm). These solutions were evaluated for volumetric concentrations of 0.001, 0.01 and 0.1%, mass velocities of 200, 400 and 600 kg/m2s and heat fluxes from 20 to 350 kW/m2. The analysis of the results revealed that the addition of nanoparticles to DI-water causes an increment in the Nusselt number for single phase flows, especially at the inlet of the tube. The results for flow boiling indicated that the effects of adding nanoparticles to the base fluid are related to the deposition on the heating surface of a nanoparticles porous layer due to the boiling process. The deposition of nanoparticles smaller than 30 nm promoted a reduction of the heat transfer coefficient compared to DI-water on a clean surface, and thermal instabilities were minimized. For the deposition of nanoparticles larger than 40 nm these parameters did not presented significant variations in comparison to DI-water. A combined analysis of the surfaces finishing and the criterion of Kandlikar et al. (1997) for bubble nucleation revealed that such behaviors are correlated to the effects of the surface texture associated to the boiling process on the density of active nucleation cavities.

O presente trabalho tem como objetivo comparar um modelo de formação de cavacos obtido pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) com resultados experimentais obtidos em processos de fresamento ortogonal. A comparação se concentra na distribuição de temperatura na peça. O trabalho desenvolve um modelo para a formação de cavacos com a distribuição de temperatura na região de corte usando o software ABAQUS. Inicialmente, o modelo desenvolvido utiliza o Método Explícito de solução para a formação de cavacos durante uma interação da aresta da fresa de topo com a peça. Para a simulação da operação completa de fresamento ortogonal de uma peça com a extensão de 80 mm e espessura de 5 mm em aço AISI 4340 endurecido, o método implícito é utilizado. O material da peça é modelado como isotrópico-elasto-plástico segundo a proposta de Johnson-Cook. A comparação é realizada com velocidades de corte de 80, 100 e 150 m/mim e avanço por dente de 0,17 mm/rev para que as influências da velocidade na temperatura possam ser avaliadas. A partir da comparação desses resultados, é possível analisar a eficiência do modelo desenvolvido pelo MEF para simulação de processos de Usinagem em Altas Velocidades de Corte (HSC - High Speed Cutting). / The goal of this study is to compare a model of chip formation obtained by the Finite Element Method (FEM) with experimental results in orthogonal milling process. The comparison focuses on the temperature distribution in the workpiece. The present work develops a model for chip formation with the temperature distribution in the cutting zone using the software ABAQUS. The model starts using the explicit method of solution for the chip formation during one interaction between the insert and the workpiece. To simulate a complete operation of orthogonal milling on a workpiece 80 mm long and 5 mm thick made of AISI 4340 hardened steel, it was used the implicit method. The workpiece material is modeled as an isotropic-elastic-plastic according to the Johnson-Cook proposal. The comparison is made using cutting speeds of 80, 100 and 150 m/min and feed rate of 0.17 mm/rev to check the in uences of cutting speed on the temperature. From the comparison of these results, it is possible to assess the eciency of the model developed by FEM simulation when machining using High Speed Cutting (HSC) conditions.