Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-19T08:58:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T00:00:37Z : No. of bitstreams: 1 181971.pdf: 7687850 bytes, checksum: a43d2f91812cb4cad9e891b77122efe5 (MD5) / Nesta tese são desenvolvidas três soluções analíticas para a condução de calor que ocorre no metal base durante a soldagem com pulsação térmica. A primeira descreve o aquecimento de uma placa de espessura infinita por uma fonte de calor puntual que se move sobre a sua superfície. A segunda descreve a condução de calor durante a soldagem circunferencial de tubos de pequeno diâmetro e parede fina. A terceira descreve a dissipação do calor proveniente de uma fonte de calor distribuída (gaussiana), através de uma chapa de espessura finita que perde calor através de suas superfícies. A terceira solução, que constitui um modelo bastante completo para a condução de calor durante a realização de soldas do tipo cordão sobre chapa, recebeu, nesta tese, mais atenção do que as outras. Seus resultados são comparados com dados obtidos em experimentos realizados ao longo do desenvolvimento desta tese. Soluções numéricas são utilizadas para investigar as causas de diferenças observadas entre resultados teóricos e experimentais. Finalmente uma discussão do crescimento de grão durante a soldagem com pulsação térmica é utilizada para mostrar a utilidade deste tipo de solução analítica em estudos de metalurgia da soldagem.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T02:12:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245545.pdf: 858125 bytes, checksum: e548aa18b82e3c85997c629871312c01 (MD5) / O objetivo deste trabalho é propor um procedimento numérico para a solução de pro- blemas estocásticos de condução de calor em regime permanente. Considera-se a condutividade térmica como sendo um processo estocástico de segunda ordem não Gaussiano cuja função de covariância é conhecida. A série de Neumann é aplicada para obter a solução de um sistema linear de equações, cuja matriz de coeficientes apresenta entradas randômicas. O método de simulação de Monte Carlo e a série de Neumann são utilizados para determinar as estimativas de primeira e segunda ordem de problema com entradas randômicas. Para a representação da incerteza são utilizadas as séries de Karhunen-Loève ou de polinômios de Caos. A eficiência do método proposto é avaliada com relação ao método de simulação de Monte Carlo através da comparação entre as estatísticas da solução do campo de temperaturas geradas por ambos os métodos. A distribuição de temperatura é obtida através do Método de projeções de Galerkin juntamente com as extensões dos polinômios de Wiener-Askey. A fim de validar o procedimento proposto resolve-se um problema linear 1 D de condução do calor, onde se pode observar que os resultados obtidos através da simulação Galerkin-Caos apresentam uma melhor aproximação. The objective of this work is to propose a numerical procedure for the solution of linear steady state heat conduction problems. One considers the thermal conductivity to be a non Gaussian second order stochastic processes with a known covariance function. The series of Neumann is applied to get the solution of a linear system of equations, whose matrix of coefficients has random values. The method of simulation of Monte Carlo and the series of Neumann are used to determine the estimates the first and second order of problem with random inputs. For the representation of the uncertainty the series of Karhunen-Loève or polynomials of Chaos are used. The efficiency of the considered method is evaluated with regard to the method of simulation of Monte Carlo through the comparison of the solution statistics for field of temperatures generated by both methods. The temperature distribution is obtained through the Method of projections Galerkin together with the extensions of the polynomials of Wiener-Askey. In order to validate the procedure considered a linear problem is in 1D of heat conduction is presented, which can be observed that the results obtained through simulation Galerkin-Chaos have a better approximation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T07:54:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 300769.pdf: 5134184 bytes, checksum: b94fd58b5f1a9087ed5ef874ccb34330 (MD5) / Atualmente os tubos de calor são utilizados na refrigeração de processadores de computadores portáteis e de equipamentos eletrônicos em aplicações espaciais. O principal objetivo deste trabalho é aplicar uma nova tecnologia de meios de porosidade variável em tubos de calor, visando melhorar a sua eficiência. Neste contexto, é apresentada uma revisão bibliográfica a respeito dos fundamentos e mecanismos da sinterização de materiais metálicos, assim como a respeito da modelagem e avaliação da condutividade térmica efetiva de meios porosos empacotados e sinterizados. Também é apresentada uma revisão bibliográfica versando procedimentos de caracterização termo física e modelos simplificados utilizados na modelagem térmica dos tubos de calor. Um equipamento empregando vácuo e guarda quente como sistema de isolamento térmico foi projetado e fabricado para a medição da condutividade térmica efetiva de meios porosos saturados com água destilada e metanol. Dados experimentais foram comparados com dados de literatura. Um modelo simplificado de resistências térmicas equivalentes foi proposto para a análise da transferência de calor em meios sinterizados metálicos. Por fim, protótipos de mini tubos de calor de múltipla camada de pó de cobre sinterizado foram projetados e fabricados para avaliar o comportamento do material. Resultados obtidos foram comparados com modelos matemáticos desenvolvidos para este fim. O presente trabalho fornece uma fonte de pesquisa para trabalhos futuros, provendo um modelo e um equipamento para a medição de condutividade térmica efetiva de meios porosos, que podem ser utilizados no desenvolvimento de novas tecnologias de tubos de calor desenvolvidos no Laboratório de Tubos de Calor (Labtucal / Lepten) da Universidade Federal da Santa Catarina. / Nowadays, heat pipes have been used as refrigeration devices in computer processing units in notebooks and electronic equipment for space applications. The main objective this work is the application of a novel porous media technology in heat pipes, in order to improve its thermal performance. This porous media has two layers of different porosities, which allow for improving the working fluid pumping capacity while decreasing the pressure loss. In this context, a literature review about the fundamentals of sintering mechanics of metal powder materials is presented as well as effective thermal conductivity models for sintering and packed porous media. A literature review concerning the procedures for measuring of the thermophysical properties of porous media is presented. Also, heat pipe thermal resistance simplified models are reviewed. An experimental set up, which employs vacuum and guard heater as thermal insulators, was developed to measure the effective thermal conductivity of porous media, saturated with distilled water and methanol. Experimental data were compared with literature results. A thermal resistance simplified model was proposed for the analysis of the heat transfer. Finally, prototypes of mini heat pipes of multiple copper powder sintered layers were designed and fabricated to evaluate the material physical behavior. The data were compared with mathematical models developed for this purpose. The present work provides new technology for heat pipes that can be used in the projects developed at the Heat Pipe Laboratory of the Federal University of Santa Catarina.

Neste trabalho, o método de separação de variáveis é usado para obtenção de uma solução, em forma fechada, de problemas de condução de calor em meios compostos. A idéia básica, aqui apresentada, consiste em resolver o problema definido para cada meio, através do referido método e, usando as condições nas interfaces, acoplar as soluções obtidas. Chega-se, desta forma, à equações integrais ou sistemas de equações integrais, para domínios compostos por mais de dois meios, que envolvem as temperaturas nas interfaces e que podem ter um tratamento via Transformada de Laplace. F oram abordados problemas unidimensionais em uma placa composta por dois e três meios. Além disso, consideramos um problema bidimensional em uma placa composta por dois meios em contato térmico perfeito. / In this work, the separation of variables method is used to obtain a closed form solution for diffusion problems throught composite media. The main idea o f this approach consists in to solving a problem for each medi um, by the separation of variables method, and then using the interfaces conditions to couple ali these problems. It will result in integral equations, for the temperatures at the interfaces, that can be treated by Laplace Transform. One-dimensional problems, in a composite slab of two and three media are presented, as well a two dimensional problem.

Neste trabalho, o método de separação de variáveis é usado para obtenção de uma solução, em forma fechada, de problemas de condução de calor em meios compostos. A idéia básica, aqui apresentada, consiste em resolver o problema definido para cada meio, através do referido método e, usando as condições nas interfaces, acoplar as soluções obtidas. Chega-se, desta forma, à equações integrais ou sistemas de equações integrais, para domínios compostos por mais de dois meios, que envolvem as temperaturas nas interfaces e que podem ter um tratamento via Transformada de Laplace. F oram abordados problemas unidimensionais em uma placa composta por dois e três meios. Além disso, consideramos um problema bidimensional em uma placa composta por dois meios em contato térmico perfeito. / In this work, the separation of variables method is used to obtain a closed form solution for diffusion problems throught composite media. The main idea o f this approach consists in to solving a problem for each medi um, by the separation of variables method, and then using the interfaces conditions to couple ali these problems. It will result in integral equations, for the temperatures at the interfaces, that can be treated by Laplace Transform. One-dimensional problems, in a composite slab of two and three media are presented, as well a two dimensional problem.

Neste trabalho, o método de separação de variáveis é usado para obtenção de uma solução, em forma fechada, de problemas de condução de calor em meios compostos. A idéia básica, aqui apresentada, consiste em resolver o problema definido para cada meio, através do referido método e, usando as condições nas interfaces, acoplar as soluções obtidas. Chega-se, desta forma, à equações integrais ou sistemas de equações integrais, para domínios compostos por mais de dois meios, que envolvem as temperaturas nas interfaces e que podem ter um tratamento via Transformada de Laplace. F oram abordados problemas unidimensionais em uma placa composta por dois e três meios. Além disso, consideramos um problema bidimensional em uma placa composta por dois meios em contato térmico perfeito. / In this work, the separation of variables method is used to obtain a closed form solution for diffusion problems throught composite media. The main idea o f this approach consists in to solving a problem for each medi um, by the separation of variables method, and then using the interfaces conditions to couple ali these problems. It will result in integral equations, for the temperatures at the interfaces, that can be treated by Laplace Transform. One-dimensional problems, in a composite slab of two and three media are presented, as well a two dimensional problem.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:37:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcelo Angelo Campagnolo.pdf: 1417290 bytes, checksum: 5c4258f560372c956838d25a4574f101 (MD5) Previous issue date: 2008-09-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of the present work was to study the effect of number of productive branches and lopping system in the development and green fig tree yield of Roxo de Valinhos in organic system. The experiment using four year-old plants, with spacing 3 x 2 m, was carried out between July/2007 and March/2008 in Quatro Pontes-PR (24o35 42 South latitude and 53o59 54 West longitude, altitude of 472 m and Cfa Koppen climate, with annual maximum medium temperature of 28.5oC and minimum of 16.6oC). The design utilized was randomized blocks with four replicates, and the treatments arranged in a 5 x 2 factorial scheme, taking as factors number of lopping (one, two, three or four, besides the control without lopping) and number of productive branches (plants conducted with six or twelve branches). In the lopping system, after the emission of the 16th leaf, the branch was blunted (removed the apical bud), being selected two sprouting by productive branches. New lopping was accomplished later on, always after the emission of the sixth leaf. In each plot, made up of three useful plants, data concerning the cropping cycles of 2007/08 were collected. Fig production under organic system is technically viable. The highest green fig yield (2,208 g planta-1) and dear productivity (3,681 Kg ha-1) was observed in the treatment which had plants conducted with twelve branches, with three lopping. There was a prolongation of the crop in the plants were made more lopping. Besides the increase in the production and prolongation of the crop, the lopping plants presented fruits with larger diameter and uniformity in relation to the witness. That uniformity allows to concentrate the crop and to decrease like this the use of cupric products / O objetivo deste trabalho foi estudar a influencia do numero de ramos produtivos e do sistema desponte sobre o desenvolvimento e producao de figos verdes Roxo de Valinhos em cultivo organico. O experimento utilizando plantas de quatro anos de idade, com espacamento 3 x 2 m, foi conduzido de julho de 2007 a marco de 2008 em Quatro Pontes-PR (24o35 42 latitude Sul e 53o59 54 longitude Oeste, altitude de 472 m e clima Cfa Koppen, com temperatura media maxima anual de 28,5oC e minima de 16,6oC). O delineamento utilizado foi em blocos ao acaso, com quatro blocos e os tratamentos arranjados em esquema fatorial 5 x 2, tomando por fatores o numero de despontes (um, dois, tres ou quatro, alem do controle sem desponte) e numero de ramos produtivos (plantas conduzidas com seis ou doze ramos). No sistema desponte, apos a emissao da 16o folha, o ramo foi despontado (gema apical removida), selecionando-se duas brotacoes por ramo produtivo. Novos despontes foram realizados posteriormente, sempre apos a emissao da sexta folha. Em cada parcela, constituida de tres plantas uteis, foram coletados dados no ciclo de producao 2007/08. A maior producao (2.208 g planta-1) e produtividade estimada (3.681 Kg ha-1) observada de figos verdes, foram obtidas quando as plantas foram conduzidas com doze ramos produtivos, efetuando-se tres despontes. Houve um prolongamento da colheita nas plantas onde se efetuaram mais despontes. Alem do aumento na producao e prolongamento da safra, as plantas despontadas apresentaram frutos com maior diametro e uniformidade em relacao a testemunha. Essa uniformidade permite concentrar a colheita e diminuir assim o uso de produtos cupricos

[pt] Em geral, as varetas combustíveis de reatores do tipo LMFBR consistem de pastilhas de combustível encapsuladas em tubos de revestimento. Externamente ao tubo de revestimento, um arame é enrolado, na forma de um helicoidal, para atuar como espaçador. Distorções nas distribuições da temperatura na vareta e fluxo de calor no revestimento podem ser provocadas por variações angulares nos coeficientes de troca de calor entre a pastilha e a superfície interna do revestimento e entre o revestimento, ovalização do tubo de revestimento e presença do arame espaçador. Estas distribuições podem ser afetadas, ainda, por efeitos operacionais, tais como densificação, reestruturação e inchamento do combustível. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um programa para análise dos fatores geométricos, acoplados aos fatores operacionais, no desempenho térmico de varetas combustíveis nucleares, em regime permanente. / [en] Generally, LMFBR fuel rods consist of fuel pellets encapsulated in cladding tubes. These tubes are wrapped by a helical wire, working as a spacer. Distortions in the rod temperature distribution and in the external heat flux can be generated by angular variations in the local heat transfer coefficients due to the wire, by excentricity between pellet and clad or by’ovalization of the cladding tube. Also, the temperature distribuitions can be affected by fuel desensification, reestructuring and swelling. The present work consists of the development of a computer code in order to analyse the fuel rod performance as function of geometrical and operational effects, in steady state regime.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:43:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 256494.pdf: 10524230 bytes, checksum: 89327573399c03814a193dcf05308aaa (MD5) / Jatos d'água circulares são utilizados como um eficiente meio de controle de resfriamento de tiras laminadas a quente, devido ao elevado fluxo de calor extraído com o uso de equipamentos relativamente simples. A microestrutura e as propriedades mecânicas da tira de aço dependem do controle da taxa de resfriamento na mesa de saída do laminador. Portanto, determinar os coeficientes e os regimes de transferência de calor, que ocorrem durante a incidência de jato d'água sobre superfície de aço à alta temperatura, são fundamentais para o sistema de controle de resfriamento. Este trabalho apresenta um estudo experimental, analítico e numérico dos efeitos do resfriamento de um jato d'água circular subresfriado em uma placa de aço a elevadas temperaturas (600 a 900ºC). As características térmicas foram examinadas por meio de curvas de resfriamento, em função das diferentes condições de teste. Foi realizada uma análise numérica, usando o método inverso da condução de calor transiente, para calcular os fluxos de calor e o histórico de temperaturas na superfície de impacto do jato d'água, a partir das temperaturas medidas por termopares inseridos internamente em placas quadradas de aço inoxidável. Os fluxos e coeficientes de transferência de calor são comparados com os resultados e as correlações existentes na literatura. Os resultados experimentais mostraram que, na zona de incidência do jato, a água estará em contato direto com a superfície aquecida, mesmo que esta exceda, em muito, a temperatura de saturação e o regime de transferência de calor não é monofásico. Os resultados obtidos contribuirão para a otimização, modelo e dimensionamento de sistemas de resfriamento em laminadores de tiras a quente e um melhor entendimento dos modos de transferência de calor envolvidos durante o resfriamento de uma placa aquecida a elevadas temperaturas. Impingement circular water jets have been used as an efficient cooling process for hot strip mill, because of the high heat flux extracted using relatively simple equipment. The microstructure and mechanical properties of the steel depend on cooling control system on the runout table. Therefore, accurate heat transfer coefficient and the understanding of the thermal phenomenon during the incidence of the water jet on hot steel surface at high temperature are essential for the cooling control system. This paper presents the experimental, analytical and numerical study of the cooling effects of hot steel plate at high temperatures (600 to 900°C) cooled by an impinging circular water jet. The thermal characteristics were examined by means of the cooling curves as a function of different test conditions. The inverse heat conduction was used to calculate the heat flux on the impinging surface from the measured temperatures by four thermocouples inserted in square stainless steel plates. The heat fluxes are compared with the results and correlations existing in the literature. The experimental results showed that in the impingement zone, the water will be in direct contact with the heated surface, even the surface temperature exceeds, very much, the saturation temperature and heat transfer regime is not monophase. The results will contribute to the optimization and sizing of cooling systems for hot strip mill and a better understanding of the heat transfer regimes during the cooling the a hot steel plate at high temperatures.

[pt] É um resultado conhecido na literatura que uma cadeia unidimensional de partículas, que interagem harmonicamente com seus primeiros vizinhos, não conduz calor, e forças não lineares são necessárias para reproduzir a lei de Fourier da condução de calor. Quando são introduzidas assimetrias em tal sistema condutor, se obtém um efeito retificador onde a corrente térmica apresenta magnitudes diferentes dependendo de qual lado da cadeia tem maior temperatura, tais dispositivos sendo chamados de diodos térmicos. Neste trabalho estudamos os dois fenômenos, condução de calor e retificação térmica, em uma cadeia unidimensional de partículas, com condições de contorno fixas, acopladas a dois banhos térmicos, um em cada extremidade, modelados como termostatos de Langevin. As partículas interagem com seus primeiros vizinhos harmonicamente e estão sujeitas a um potencial localizado externo não linear, para o qual estudamos dois tipos, os potenciais Frenkel-Kontorova e Ø elevado a 4. Verificamos que a lei de Fourier é observada, para ambos os casos, com o perfil de temperatura e a condutividade térmica dependendo da relação entre as amplitudes harmônica e anarmônica, e a temperatura média do sistema. Em seguida, para criar uma assimetria na cadeia, nós acoplamos dois segmentos de mesmo tamanho. Observamos um efeito retificador onde a direção preferencial difere para cada potencial localizado estudado. A forma como as temperaturas dos banhos térmicos mudam a magnitude da retificação também foi observada. Nós também investigamos o efeito de não linearidades interfaciais, por meio de uma lei de potência que acopla segmentos Ø elevado a 4. Alterando o expoente da lei de potência, nós buscamos as condições sob as quais a retificação ótima é atingida. / [en] It is a known result in the literature that a one-dimensional chain of particles that interact harmonically with its first neighbors does not conduct heat, and nonlinear forces are needed to reproduce Fourier s law of heat conduction. When asymmetries are introduced in such a conducting system, a rectifying effect is obtained where the thermal current shows different magnitudes depending on which side of the chain has higher temperature, such devices being called thermal diodes. In this work we study both phenomena, heat conduction and thermal rectification, in a onedimensional chain of particles, with fixed boundary conditions, coupled to two thermal baths, one at each end, modeled as Langevin thermostats. The particles interact with their first neighbors harmonically and have a nonlinear on-site potential, for which we study two types, Frenkel-Kontorova and Ø 4 potentials. We verify that, for both cases, Fourier s law is observed, where the temperature profile and the thermal conductivity are dependent on the relation between the harmonic and anharmonic amplitudes, and the system s average temperature. Next, to create an asymmetry in the chain, we coupled two different segments of equal lengths. We observed a rectifying effect, where the preferential direction differs for each of the two on-site potentials studied. How the heat-bath temperatures changes the magnitude of rectification was also observed. We also investigated the effect of interfacial nonlinearities through a power-law potential, coupling Ø 4 segments. By changing the power-law exponent, we looked for the conditions under which optimal rectification is achieved.