Made available in DSpace on 2015-03-26T13:45:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 812465 bytes, checksum: d6832361602c73d37e87fb903d5f8d58 (MD5) Previous issue date: 2014-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this Work, We study a phase-ñeld model for the isothermal olidiñcation of a binary alloy due to Warren-Boettinger [23]. We obtain the existence Of Weak solution, and results Of regularity and uniqueness under the assurnptions that the nonlinearities are Lipschitz and limited. Finally, by Characterizing the nonlinear terms by the double-well potentiaL We obtain existence and uniqueness Of Weak solution for a modiñed Version of the model. Throughout this Work, We apply the FaedO-Galerkin rnethod. / Estudamos nesse trabalho um modelo de Campo de fase para a solidificação isotérmica de uma liga binária, devido a Warren-Boettinger [23]. Obtemos a existência de solução fraca, e resultados de regularidade e unicidade sob as hipóteses das não linearidades serem Lipschitz e limitadas. Por fim, Caracterizamos um dos termos não lineares pelo double-well potential e Obtemos a existência de solução fraca para esse modelo e sua unicidade. Utilizamos durante todo 0 trabalho 0 Método de Faedo-Galerkin.

Resumo: O grande número de variáveis envolvidas no processo de fundição de aço o torna muito susceptível a ocorrência de defeitos relacionados à solidificação como rechupes e poros, que elevam o custo de fabricação devido ao sucateamento e retrabalho de peças. Explorando oportunidades neste cenário, esta Tese de Doutorado, desenvolvida dentro do ambiente industrial de uma fundição de aço propõe um modelo matemático capaz de predizer a combinação de níveis de variáveis de processo que minimizam a ocorrência de rechupes e poros relacionados à solidificação em peças fundidas em aço ABNT 1030, moldadas em areia com aglomerante químico e vazamento por gravidade. Empregou-se, no desenvolvimento do trabalho o Planejamento Estatístico de Experimentos com fatorial fracionado na fase exploratória e o método de Taguchi para validação final e desenvolvimento do Modelo matemático. Na fase de validação, utilizou-se um arranjo ortogonal L16 com quatro réplicas. Na fase exploratória, avaliou-se o volume de defeito em uma peça de produção normal da fundição. Na fase de validação, desenvolveram-se corpos de prova em forma de cubo, vazados sem alimentação. Depois de produzidos, os corpos de prova passavam por ensaio de ultrassom para identificação e localização do defeito e corte de serra, para posterior medição do volume do defeito. O sistema de medição foi validado por meio de um estudo de Análise do Sistema de Medição - MSA GR&R. Os resultados dos experimentos mostraram uma grande diferença entre a contração teórica prevista na literatura de 5,5% para o aço estudado para 2% determinado experimentalmente. As variáveis que mais influenciaram no tamanho do defeito foram: o percentual de carbono queimado no processo de elaboração do aço, percentual de alumínio na liga, percentual de óxido de ferro na areia de moldagem e a interação entre... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The number of variables involved in the steel foundry process makes it susceptible to the occurrence of defects related to the solidification, like shrinkages and pores. This charge the foundries scrap and rework costs. Exploring the opportunities at this context, this Thesis, developed inside an industrial environment of a steel foundry, purposes a mathematic model capable to predict the combination of levels of variables that minimizes the occurrence of shrinkage and pores in carbon steel cast parts, through no-bake sand molding and gravity pouring processes. Statistical Design of Experiments with fractional and factorial at the screening step and Taguchi Method for the final validation and development of the mathematic model were used. A L16 orthogonal array with four replicates was used in the validation step. The defect volume inside a regular cast part was evaluated in the screening step. In the validation step, cube form specimens were designed, poured without feeders and ultrasound tested to bound the defect then saw cut to measure the defect's volume. In order to the validation of the measurement system, a MSA - Measurement Systems Analysis and Gauge R & R - Gauge Repeatability and Reproducibility were used. The experiments results shown a considerable difference between the theoretical expected contraction, 5.5%, and the 2% experimentally determined. The variables that influenced the defect size the most were: the carbon drop in the steel making, the Aluminum content of the alloy, the Black Iron Oxide content of the molding sand and the interaction between the pouring temperature and the carbon drop. The mathematic model was validated by experiments, which showed a good performance in the prediction of defects. / Orientador: Messias Borges Silva / Coorientador: Fernando Augusto Silva Marins / Banca: Antonio Fernando Branco Costa / Banca: Marcela Aparecida Guerreiro Machado / Banca: Amiton Sinatora / Banca: Rosinei Batista Ribeiro / Doutor

Os intermetálicos com altas propriedades mecânicas e boa estabilidade térmica podem atuar como reforços na matriz de alumínio. O presente estudo avaliou a formação e propriedades de camadas ricas no intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz a partir da solidificação controlada de ligas de alumínio multicomponentes. Sua formação primária se dá sob composições químicas especificas e dependerá da quantidade de Fe, da relação Mn/Fe e da taxa de resfriamento. Neste trabalho realizou-se a fusão e a solidificação controlada de uma liga de alumínio Al-Si-Cu-FeMn, buscando as condições de formação do intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz. Análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC) desta liga inicial foram realizadas. Com base na patente requerida BR102015013352-9 montou-se um equipamento de solidificação controlada tipo “outward” de escala piloto (10-15kg), acoplado a uma matriz rotacional de Fe-C (substrato) com velocidade periférica controlada. As regiões solidificadas foram avaliadas por espectrometria de emissão ótica, DRX, microscopia ótica e de varredura/EDS. Propriedades mecânicas foram avaliadas pelas técnicas de dureza Rockwell B (HRB) e microdureza Vickers (HV). A técnica de célula fotoacústica aberta (OPC) foi utilizada para análises de propriedades térmicas das amostras solidificadas. Regiões com propriedades mecânicas e composições químicas diferentes foram identificadas no interior do lingote. Verificouse intensa formação do composto intermetálico α-Al15(Fe,Mn,Cr,)4Si2 e, associado a este, intensa segregação química nas regiões adjacentes ao substrato. Variações de dureza HRB foram também observadas nas distintas regiões. O intermetálico primário α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 apresentou uma significativa influência na difusividade térmica da liga de alumínio Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr. / The intermetallic with high mechanical properties and good thermal stability can act as reinforcement in the aluminum matrix. This study evaluated the formation and properties of layers rich in intermetallic α-Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz from the controlled solidification of multicomponent aluminum alloys. Their primary formation takes place under specific chemical compositions and depends on the amount of Fe, the Mn/Fe ratio and cooling rate. In this work the melting and controlled solidification of aluminum alloy Al-Si-Cu-Fe-Mn, seeking the formation conditions of intermetallic α- Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz. Analysis of differential scanning calorimetry (DSC) were performed this initial alloy. Based on BR102015013352-9 patent pending assembled into a solidification equipment controlled type "outward" pilot scale (10-15kg), coupled to a rotational matrix Fe-C (substrate) controlled peripheral speed. Solidified regions were evaluated by optical emission spectroscopy, XRD, optical microscopy and scanning/EDS. Mechanical properties were evaluated by hardness techniques Rockwell B (HRB) and Vickers hardness (HV). The open cell photoacoustic technique (OPC) was used for analyzing the thermal properties of the solidified samples. Regions having different mechanical properties and chemical compositions have been identified within the ingot. There was intense formation of the intermetallic compound α- Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 and, associated with this, severe chemical segregation in the regions adjacent to the substrate. HRB hardness variations were also observed in the different regions. The primary intermetallic α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 had a significant influence on thermal alloy aluminum Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr diffusivity.

Os intermetálicos com altas propriedades mecânicas e boa estabilidade térmica podem atuar como reforços na matriz de alumínio. O presente estudo avaliou a formação e propriedades de camadas ricas no intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz a partir da solidificação controlada de ligas de alumínio multicomponentes. Sua formação primária se dá sob composições químicas especificas e dependerá da quantidade de Fe, da relação Mn/Fe e da taxa de resfriamento. Neste trabalho realizou-se a fusão e a solidificação controlada de uma liga de alumínio Al-Si-Cu-FeMn, buscando as condições de formação do intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz. Análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC) desta liga inicial foram realizadas. Com base na patente requerida BR102015013352-9 montou-se um equipamento de solidificação controlada tipo “outward” de escala piloto (10-15kg), acoplado a uma matriz rotacional de Fe-C (substrato) com velocidade periférica controlada. As regiões solidificadas foram avaliadas por espectrometria de emissão ótica, DRX, microscopia ótica e de varredura/EDS. Propriedades mecânicas foram avaliadas pelas técnicas de dureza Rockwell B (HRB) e microdureza Vickers (HV). A técnica de célula fotoacústica aberta (OPC) foi utilizada para análises de propriedades térmicas das amostras solidificadas. Regiões com propriedades mecânicas e composições químicas diferentes foram identificadas no interior do lingote. Verificouse intensa formação do composto intermetálico α-Al15(Fe,Mn,Cr,)4Si2 e, associado a este, intensa segregação química nas regiões adjacentes ao substrato. Variações de dureza HRB foram também observadas nas distintas regiões. O intermetálico primário α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 apresentou uma significativa influência na difusividade térmica da liga de alumínio Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr. / The intermetallic with high mechanical properties and good thermal stability can act as reinforcement in the aluminum matrix. This study evaluated the formation and properties of layers rich in intermetallic α-Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz from the controlled solidification of multicomponent aluminum alloys. Their primary formation takes place under specific chemical compositions and depends on the amount of Fe, the Mn/Fe ratio and cooling rate. In this work the melting and controlled solidification of aluminum alloy Al-Si-Cu-Fe-Mn, seeking the formation conditions of intermetallic α- Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz. Analysis of differential scanning calorimetry (DSC) were performed this initial alloy. Based on BR102015013352-9 patent pending assembled into a solidification equipment controlled type "outward" pilot scale (10-15kg), coupled to a rotational matrix Fe-C (substrate) controlled peripheral speed. Solidified regions were evaluated by optical emission spectroscopy, XRD, optical microscopy and scanning/EDS. Mechanical properties were evaluated by hardness techniques Rockwell B (HRB) and Vickers hardness (HV). The open cell photoacoustic technique (OPC) was used for analyzing the thermal properties of the solidified samples. Regions having different mechanical properties and chemical compositions have been identified within the ingot. There was intense formation of the intermetallic compound α- Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 and, associated with this, severe chemical segregation in the regions adjacent to the substrate. HRB hardness variations were also observed in the different regions. The primary intermetallic α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 had a significant influence on thermal alloy aluminum Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr diffusivity.

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:47:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goulart_PedroRoberto_D.pdf: 6361935 bytes, checksum: 1ab5747a6494bb2184c779b77424407e (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Foram realizados estudos em estruturas de solidificação de três ligas hipoeutéticas Al-Fe, as quais foram solidificadas direcionalmente sob condições transitórias de extração de calor. Durante a solidificação fora do equilíbrio de fundidos, uma gama de taxas de resfriamento pode ocorrer da superfície ao centro da peça, o que pode causar a formação de fases intermetálicas metaestáveis além da fase estável Al3Fe. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente as variáveis térmicas de solidificação, tais como velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e taxas de resfriamento ao longo da peça fundida. Os resultados térmicos experimentais também incluem o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, hg, determinado através da comparação entre os perfis térmicos experimentais no fundido e simulações da solidificação obtidas por um programa de diferenças finitas. Estruturas celulares prevaleceram para todas as ligas Al-Fe analisadas. Os espaçamentos celulares (?1), medidos ao longo do comprimento dos fundidos, foram comparados com as previsões teóricas fornecidas por modelos de crescimento celular. De modo a investigar a natureza dos intermetálicos Al-Fe presentes na microestrutura, estas fases foram extraídas da matriz rica em alumínio utilizando-se de uma técnica de dissolução. Estas fases foram então analisadas utilizando-se Raios-X e MEV. Resultados obtidos através de ensaios de tração foram correlacionados com o espaçamento celular. Verificou-se que o limite de resistência à tração, o limite de escoamento e o alongamento específico aumentam com o decréscimo do espaçamento celular. Os maiores valores para o limite de resistência a tração, foram obtidos para os corpos de prova com estruturas mais refinadas da liga Al-1,5%Fe onde uma maior densidade de fibras é encontrada e sua distribuição é mais homogênea devido a espaçamentos celulares menores. Por outro lado, o alongamento específico diminuiu com o aumento do teor de soluto da liga / Abstract: Investigations have been made of the solidification structure of three hypoeutectic Al-Fe alloys, which were directionally solidified under unsteady-state heat flow conditions. During the non-equilibrium solidification of castings a range of cooling rates occur from the surface to the casting center, and can cause the formation of metastable intermetallic phases in addition to the stable Al3Fe phase. A combined theoretical/experimental approach was used in order to quantitatively determine the solidification parameters: tip growth rate and cooling rate along the castings length. The experimental thermal results also include transient metal/mold heat transfer coefficients, hg, determined from comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. A cellular microstructure has prevailed along all the Al-Fe alloys castings. The experimental cell spacing (?1), which was measured along the casting length, was compared with the theoretical predictions furnished by cellular growth models. In order to investigate the nature of the Al-Fe intermetallics, these phases were extracted from the aluminum-rich matrix by using a dissolution technique. Such phases were then investigated by SEM and X-ray techniques. The tensile tests results were correlated with the cell spacing. It was found that the ultimate tensile strength, the yield strength and the maximum elongation increase with decreasing cell spacing. The higher values for ultimate tensile strength were those obtained for the most refined Al-1.5wt%Fe alloy samples, where a higher density of fibers is found distributed in a more homogeneous way due to lower cell spacing value. In contrast, the maximum elongation was found to decrease when the solute content was increased / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, Noé Cheung / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:32:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bertelli_Felipe_M.pdf: 6382019 bytes, checksum: 7bc62ea83b7e721ef82e5669d236559f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho, o software ANSYS, baseado no Método dos Elementos Finitos, é adaptado para a simulação tridimensional do fluxo de calor no processo de refusão superficial a laser. A análise numérica é validada com resultados simulados por outros modelos existentes na literatura para casos de refusão superficial a laser de alumínio puro e com resultados simulados e experimentais de uma liga Al-5%Ni. Ensaios experimentais próprios foram realizados em amostras de uma liga Al-1,5%Fe, utilizando um laser à fibra dopado com Itérbio, com potência máxima disponível de 2 kW. Para efeito comparativo, as trilhas foram feitas variando-se valores de velocidade de deslocamento do feixe laser para um mesmo valor de potência. Observou-se que a microestrutura tanto do substrato quanto da zona tratada apresentou morfologia tipicamente celular. As microestruturas resultantes dos tratamentos a laser foram analisadas através de microscopia eletrônica de varredura, sendo observados espaçamentos celulares extremamente refinados na área tratada a laser refletindo no aumento significativo da dureza confirmado por ensaios de microdureza Vickers. Uma técnica de dissolução parcial das amostras tratadas a laser foi aplicada para evidenciar os intermetálicos no substrato e na região tratada a laser, mostrando a modificação da redistribuição dos intermetálicos no interior da poça fundida e dando indicações de aumento da resistência à corrosão na região tratada / Abstract: In this work, the software ANSYS, based on the Finite Element Method, is adapted to simulate the three-dimensional heat flux during the laser remelting surface treatment. The numerical analysis is validated against theoretical results furnished by other models from the literature for laser surface remelting of aluminum and against theoretical and experimental results of Al-5wt%Ni alloy samples. Laser remelting experiments with Al-1,5%wtFe samples have been carried out by using a 2kW Yb fiber laser. For comparative effects, the laser tracks were performed with different laser beam velocities for a fixed value of power. It was observed that both the substrate and the treated region had a typical cellular morphology. The microstructures resulting from the laser treatment were analyzed by using electron scanning microscopy and very refined cell spacing has been observed, which can induce a significant hardness increase confirmed by Vickers microhardness tests. A partial dissolution technique has been performed to foreground the intermetallics at the substrate and at the laser treated zone, showing the intermetallics redistribution inside the molten pool and giving indications of increased corrosion resistance on the treated region / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T06:42:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goulart_PedroRoberto_M.pdf: 16218050 bytes, checksum: 1cc723921f7b1426050c06e4bcedea4d (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: No presente trabalho, é realizada uma seqüência de experimentos com ligas hipoeutéticas de AIlSi para analisar a solidificação unidirecional horizontal em condições transitórias de fluxo de calor. Abordagens teóricas e experimentais são desenvolvidas para a determinação quantitativa de variáveis térmicas de solidificação, tais como: coeficientes transitórios de transferência de calor metal/molde; velocidades de deslocamento das isotermas liquidus; taxas de resfriamento à frente das isotermas liquidus e tempos locais de solidificação. O trabalho analisa também a dependência dos espaçamentos interdendríticos em relação às variáveis térmicas de solidificação e ao teor de soluto da liga. Esses parâmetros dendríticos experimentais, referentes à solidificação das ligas AI 5 e 9 % Si, são comparados com os principais modelos teóricos de crescimento dendrítico da literatura. Os resultados experimentais obtidos através de ensaios mecânicos são correlacionados com. a microestrutura dendrítica, estabelecendo-se leis experimentais / Abstract: Experiments were conducted to analyze the horizontal unsteady state directional solidification of hypoeutectic AI-Si alloys. A combined theoretical and experimental approach was developed to quantitatively determine solidification thermal variables such as: transient metal/mold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidification time. The work also focused on the dependence of dendrite arm spacings on the solidification thermal variables and on alloy solute content. The experimental data concerning the solidification of AI 5 and 9 wt % Si alloys were compared to the main predictive dendritic models in the literature. Experimental laws were set correlating experimental data obtained from mechanical tests and the dendritic microstructure / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, Wislei Riuper Osorio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T18:01:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peixoto_LeandroCesardeLorena_M.pdf: 5871010 bytes, checksum: f7403606c814ec8a30965352f0a93e87 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Produtores de baterias chumbo-ácido têm modificado os processos de produção e composição química das ligas utilizadas nas grades das baterias com intuito de diminuir o seu peso final, bem como reduzir os custos de produção e também aumentar o ciclo de vida útil e a resistência à corrosão. As morfologias das estruturas de solidificação, caracterizadas principalmente por arranjos celulares e dendríticos, e suas grandezas representadas por espaçamentos celulares e dendríticos controlam a distribuição de soluto, segundas fases dentro das regiões intercelulares ou interdendríticas, que determinam as propriedades finais. O comportamento mecânico e as características estruturais dos componentes de bateria têm papel importante no desempenho das baterias. O presente trabalho pretende contribuir para o entendimento do desenvolvimento microestrutural de ligas diluídas do sistema Pb-Sn (Pb-1,0%Sn e Pb-2,5%Sn) que possuem elevada importância para a indústria na fabricação de componentes de baterias automotivas e estacionárias. Os experimentos de solidificação realizados em dispositivo no qual o calor é extraído somente pelo sistema de resfriamento a água, localizado na base do conjunto lingote/lingoteira (solidificação ascendente). As variáveis térmicas de solidificação foram determinadas a partir do registro de temperaturas de termopares posicionados dentro da lingoteira em diferentes posições em relação à superfície refrigerada do lingote. Amostras das mencionadas ligas Pb-Sn foram utilizadas para analisar as influências das variáveis térmicas de solidificação e da concentração de soluto nas macro e microestruturas resultantes e na resistência mecânica. Foram determinados os limites de resistência à tração e alongamentos específicos em função do espaçamento celular e a influência da microestrutura no comportamento eletroquímico foi avaliada por intermédios dos ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica, extrapolação de Tafel, curvas de polarização e análise por circuito equivalente em solução eletrolítica de ácido sulfúrico. Observou-se que a resistência a corrosão diminui e o limite de resistência a tração aumenta com a diminuição do espaçamento celular. / Abstract: Lead-acid batteries manufacturers have modified the manufacturing processes and the chemical composition of alloys used in battery grids in order to decrease their weight as well as to reduce the production costs, and to increase the battery life-time cycle and the corrosion-resistance. The morphological microstructures characterized by cellular and dendritic arrays and its correspondents cellular and dendrite arm spacings control the solute distribution, second phases in the intercellular and interdendritic regions affecting the resulting properties. The mechanical behavior and microstructural characteristics of lead-acid battery components have an important role in the battery performance. The present work aims to contribute to the understanding of the microstructural development of dilute Pb-1,0 wt.%Sn and Pb-2.5 wt.%Sn alloys which are widely applied in the manufacturing of automobile and stationary lead-acid batteries. A water-cooled vertical upward unidirectional solidification system was used to obtain the samples. The experimental set-up was designed in such a way that the heat was extracted only through the water-cooled bottom, promoting upward directional solidification. Thermal readings were obtained by thermocouples positioned at different distances from the heat-extracting surface at the casting bottom. Pb-Sn alloy samples were used to analyze the effects of the thermal solidification variables and solute content on the resulting macro and microstructures and on the mechanical properties. The ultimate tensile strength and the elongation were determined as a function of the cellular arm spacing. The effect of the resulting microstructure on the electrochemical corrosion behavior was also analyzed based on electrochemical parameters, determined by Tafel plots, polarization curves and an equivalent circuit analysis after corrosion tests carried out in a sulphuric acid solution. It was observed that the corrosion resistance decreases and the ultimate tensile strength increases with decreasing cellular spacing. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T07:25:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paixao_LouryvalCoelho_M.pdf: 3782849 bytes, checksum: a8900089f4a65a6ee50cdc15b2dba208 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O processo de solidificação de um material de mudança de fase em uma região anular ao redor de um cilindro resfriado pela passagem de um fluido em seu interior é estudado numérica e experimentalmente, objetivando aplicações em sistemas de armazenamento de calor latente. A solução do problema de mudança de fase é feita utilizando o método de imobilização de fronteiras, onde se aplica a transformada de coordenadas de forma que no novo sistema a fronteira móvel e irregular seja fixa e paralela às demais. O método de volumes finitos é usado para discretização das equações do modelo matemático que em seguidas são resolvidas computacionalmente. Os experimentos são realizados para 4 temperaturas e 3 números de Reynolds do fluido de trabalho: -5, -10, -15, -20ºC e 741, 1484, 2280 respectivamente. Posteriormente, foi introduzido um promotor de turbulência helicoidal para aumentar o coeficiente de transferência de calor onde foram realizados 6 experimentos para temperaturas de -10, -15ºC e, com os mesmos números de Reynolds anteriores. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados numéricos. / Abstract: The process of solidification of a material of change of phase in a region annular around of a cylinder cooled by fluid passing in its interior is studied numerical and experimentally, objectifying applications in systems of storage of latent heat. The boundary immobilization technique is used for solving for phase-change problem. The coordinate transformation is performed so that in the new system the moving and irregular boundary become fixes and parallel to the others. The finite-volume methodology is used discretization of the equation from the mathematical model witch are than solved by a computer program. The experiments are made for 4 temperatures and 3 Reynolds numbers of the fluid: 741, 1484, and 2280 respectively. A turbulence promoter was insert inner tube to enhancement the coefficient of heat transference, where 6 experiments were made to -10 and -15ºC temperature with the previous Reynolds numbers. The experimental results had been compared with the numerical results. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Luiz Boldrini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:50:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Assuncao_WelingtonVieira_M.pdf: 3067952 bytes, checksum: cb36bded30f5b1d27ff1b3f04844b178 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho estudaremos um sistema de equações diferenciais parciais parabólicas não lineares que correspondem a um modelo matemático do tipo campo de fases para problemas de solidificação e fusão de materiais puros, estudado em "K. H. Hoffman e L. Jiang, Optimal control of a phase field model for solidification, Numer. Funct. Anal. Optimization 13 (1 & 2), 1992, pp. 11-27". A análise de tal sistema será feita através da colocação do problema em um contexto de espaços funcionais adequados para que as soluções do problema original correspondam a pontos fixos de um certo operador não-linear compacto. Descreveremos resultados sobre existência, regularidade e unicidade de soluções para tal modelo. Estudaremos também um problema de controle ótimo associado ao sistema anterior, na qual obtêm-se existência de um controle ótimo e condições ótimas necessárias na qual tem que ser satisfeitas por cada controle ótimo. Além disso, estudaremos um modelo que é uma generalização do anterior, apresentado em "C. Morosanu e D. Motreanu, A generalized phase field system, Journal of Math. Analysis and Applic. 237, 1999, pp. 515-540". Para este modelo generalizado, consideraremos questões similares às do modelo anterior e utilizaremos as mesmas técnicas para obter resultados similares / Abstract: In this work we study a system of nonlinear partial differential equations of parabolic type corresponding to a mathematical model of phase field type for problems of solidification of pure materials. This model is studied in "K. H. Hoffman e L. Jiang, Optimal control of a phase field model for solidification, Numer. Funct. Anal. Optimization 13 (1 & 2), 1992, pp. 11-27". The analysis of such system is done by putting the problem in a context of appropriate functional spaces in such way that the solution of the original problem corresponds to fixed point of a certain compact nonlinear operator. We describe results on existence, regularity and uniqueness of solutions for such model problem. We also study an optimal control problem associated to the previous problem, for which it is possible to obtain the existence of an optimal control and the corresponding necessary optimality conditions. Moreover, we study a model that is a generalization of the previous one and is presented in "C. Morosanu e D. Motreanu, A generalized phase field system, Journal of Math. Analysis and Applic. 237, 1999, pp. 515-540". For this generalized model, we consider similar questions as in the previous model and use to same tools to study them and get similar results / Mestrado / Equações Diferenciais Parciais / Mestre em Matemática