Orientador: Mauricio Araujo Zanardi / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Banca: José Rui Camargo / Resumo: O presente trabalho estuda o comportamento de cavidades fechadas e abertas com convecção natural laminar e convecção forçada em regime laminar e turbulento, respectivamente, em regime permanente, para cavidades com razão de aspecto igual a 0,25 (relação entre largura e altura). O modelo simula um sistema térmico composto por um processador e um dissipador de calor aletado limitados por uma cavidade. Para a determinação das distribuições de velocidades e temperaturas são utilizadas as equações da conservação da massa, quantidade de movimento e de energia com a aproximação de Boussinesq. O aplicativo Ansys CFX versão 12 Educacional foi usado para a modelagem e a solução dos problemas, sendo utilizado o modelo de turbulência k-. Foram feitas diversas simulações variandose as condições de contorno, dentro de limites normalmente encontrados em situações reais. Os resultados são apresentados de forma gráfica e dimensional, relacionando temperatura e potência dissipada e temperatura e número Rayleigh. São apresentadas as comparações entre os desempenhos dos dissipadores quanto à posição da cavidade na vertical e horizontal sendo ainda analisada a influência do número de aletas. Para as cavidades abertas com ventilação forçada com fluxo frontal aspirando e soprando, foram simuladas e comparadas duas condições de velocidade do ar para fluxos laminar-turbulento e turbulento / Abstract: The objective of this work is to study the natural convection coupled with forced convection inside an enclosure in both laminar and turbulent flow regimes. It was considered an enclosure with aspect ration of 0,25 (relation between height and width) in which a processor and its finned heat sink is assembled. In order to calculate the velocity temperature and pressure, the mass, energy and momentum conservation equations are solved with the Boussinesq approximation. The turbulent flows are treated using a k- model and the ANSYS-CFX Educational version 12.0 was used to do the calculations. Some situations were simulated with the proper choice of the boundary conditions taking into account the limits found in real applications. The results are presented in a dimensional form even though the Rayleigh number for each situation is evaluated to permit comparisons with results found in the literature. The performance in terms of heat transferred is compared for vertical and horizontal orientation, for heat sinks with different numbers of fins and forced flow in different directions. For the open enclosures with forced flow, the flow direction and the flow regimes were varied / Mestre

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-12-08T16:27:11Z No. of bitstreams: 1 2016_MarceloDiasdeMoura.pdf: 28132530 bytes, checksum: 6a6cb5a7459365d8fa717a39d3be7d6e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-05T21:10:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_MarceloDiasdeMoura.pdf: 28132530 bytes, checksum: 6a6cb5a7459365d8fa717a39d3be7d6e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-05T21:10:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_MarceloDiasdeMoura.pdf: 28132530 bytes, checksum: 6a6cb5a7459365d8fa717a39d3be7d6e (MD5) / A transferência de calor por convecção natural em um fluido confinado entre superfícies (cavidade) e a diferentes temperaturas é um problema que está relacionado com diversas situações práticas que envolvem o condicionamento de produtos na indústria de alimentos, a calefação ou refrigeração. O problema específico aqui analisado diz respeito ao aquecimento transiente de uma cavidade 3D completamente cheia, inicialmente a uma temperatura T0. Em um determinado momento, todas as paredes da caixa são aquecidas a uma temperatura TW, maior que T0. O calor se propaga por convecção natural em recintos até o seu equilíbrio térmico completo. Este problema é analisado por simulações numéricas pelo software de fluidodinâmica OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) e comparado com dados experimentais: cavidade cúbica do trabalho de Lin (1982) e Lin e Akins (1983) e a cavidade paralelepípeda retangular do trabalho de Tollini (1996). Uma discussão sobre a topologia, padrões do escoamento e perda de simetria dentro da cavidade e os efeitos da convecção natural são apresentados. Verificou-se que para baixos números de Rayleigh ocorria a manutenção dos padrões nas estruturas de fluidos aquecidas (em forma de cogumelos) que se formavam na base da cavidade. Sugerindo a desestabilização dessas estruturas para Rayleigh próximos à números de transição laminar-turbulento, observados na simulação de Grandes Escalas. Foram feitas várias implementações na criação de novos Solvers para problemas de agitação/rotação, para convecção natural com Simulação de Grandes Escalas e cálculos auxiliares, que servirão como ferramenta para outros usuários do OpenFOAM. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The heat transfer by natural convection in a fluid confined between surfaces (cavity) and at different temperatures is a problem that is related to a number of practical situations involving conditioning products in the food industry, heating or cooling. The specific problem discussed here relates to transient heating a 3D completely filled cavity initially at a temperature T0. At one point, all the walls of the box are heated to a temperature TW, greater than T0. The heat is spread by natural convection in enclosures to its full thermal equilibrium. This problem is examined by numerical simulations by software fluid dynamics OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) and compared to experimental data: cubic cavity of the work Lin (1982) and Lin e Akins (1983) and the rectangular parallelepiped cavity work of Tollini (1996). A discussion of the topology, flow patterns and loss of symmetry within the cavity and the effects of natural convection are presented. It was found that for low Rayleigh numbers occurred at maintaining standards in the heated fluids structures (mushroom-shaped) which is formed at the base of the cavity. Suggesting the destabilization of these structures to Rayleigh numbers near laminar-turbulent transition, observed in simulation Large Scales. Several implementations were made in the creation of new Solvers for problems of agitation/rotation for natural convection with large simulation scales and auxiliary calculations, which will serve as a tool for other users of OpenFOAM.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-20Bitstream added on 2014-06-13T18:59:51Z : No. of bitstreams: 1 silva_fv_me_guara.pdf: 1042318 bytes, checksum: dc2b3d6ae6f7fba03b073f95c1eab596 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho estuda o comportamento de cavidades fechadas e abertas com convecção natural laminar e convecção forçada em regime laminar e turbulento, respectivamente, em regime permanente, para cavidades com razão de aspecto igual a 0,25 (relação entre largura e altura). O modelo simula um sistema térmico composto por um processador e um dissipador de calor aletado limitados por uma cavidade. Para a determinação das distribuições de velocidades e temperaturas são utilizadas as equações da conservação da massa, quantidade de movimento e de energia com a aproximação de Boussinesq. O aplicativo Ansys CFX versão 12 Educacional foi usado para a modelagem e a solução dos problemas, sendo utilizado o modelo de turbulência k-. Foram feitas diversas simulações variandose as condições de contorno, dentro de limites normalmente encontrados em situações reais. Os resultados são apresentados de forma gráfica e dimensional, relacionando temperatura e potência dissipada e temperatura e número Rayleigh. São apresentadas as comparações entre os desempenhos dos dissipadores quanto à posição da cavidade na vertical e horizontal sendo ainda analisada a influência do número de aletas. Para as cavidades abertas com ventilação forçada com fluxo frontal aspirando e soprando, foram simuladas e comparadas duas condições de velocidade do ar para fluxos laminar-turbulento e turbulento / The objective of this work is to study the natural convection coupled with forced convection inside an enclosure in both laminar and turbulent flow regimes. It was considered an enclosure with aspect ration of 0,25 (relation between height and width) in which a processor and its finned heat sink is assembled. In order to calculate the velocity temperature and pressure, the mass, energy and momentum conservation equations are solved with the Boussinesq approximation. The turbulent flows are treated using a k- model and the ANSYS-CFX Educational version 12.0 was used to do the calculations. Some situations were simulated with the proper choice of the boundary conditions taking into account the limits found in real applications. The results are presented in a dimensional form even though the Rayleigh number for each situation is evaluated to permit comparisons with results found in the literature. The performance in terms of heat transferred is compared for vertical and horizontal orientation, for heat sinks with different numbers of fins and forced flow in different directions. For the open enclosures with forced flow, the flow direction and the flow regimes were varied

Orientador: Luiz Fernando Milanez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-14T01:34:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ganzarolli_MarceloMoreira_D.pdf: 4309682 bytes, checksum: 8954c1bb8f513601e582f8bb26bec390 (MD5) Previous issue date: 1991 / Resumo: Neste trabalho é estudado o fenômeno de convecção natural em uma cavidade retangular aquecida pela base e simetricamente resfriada pelos lados. O problema é resolvido numericamente através da formulação de função corrente-vorticidade, sendo adotada a discretização devida à Allen...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Natural convection is studied in a rectangular cavity heated from below and cooled symmetrically from the sides. The problem is solved nummerically using a stream function-vorticity formulation. The convective terms of the equations are treated by means of the Allen discretization scheme...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecãnica / Made available in DSpace on 2018-07-20T10:36:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre_MarcioElieldeOliveira_M.pdf: 26032193 bytes, checksum: 8f2f8139c3901c9e5ebb50bc4041b2f5 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento dos fluidos água e ar com escoamento laminar e regime permanente em convecção natural em contato com uma placa plana vertical, considerando os casos de placa com temperatura constante e fluxo de calor constante com propriedades variáveis. O Método de Diferenças Finitas com variáveis primitivas é aplicado, usando uma abordagem de falso-transiente na equação da energia e da quantidade de movimento. O algoritmo foi testado para os seguintes casos com soluções de similaridade: placa isotérmica e placa com fluxo de calor constante para fluido com propriedades constantes e placa isotérmica para fluido com propriedades variáveis. Os erros obtidos foram da ordem de 2% ou menos em todo o domínio de cálculo, exceto no início da placa. O algoritmo foi usado no caso de placa com fluxo de calor constante e fluido com propriedades variáveis onde não há solução de similaridade / Abstract: The aim of the work is to analyse the behavior of the fluids water and air in laminar steady-state which natural convection flow around a vertical flat plate, considering both the uniform temperature and uniform heat flux cases and the variation of the properties with the temperature. The Finite Difference Method with the primitives variables is applied using a false transient approach in he energy and momentum equations. The algorithm was tested for following cases with similarity solutions: constant fluid properties with both isotherm and constant heat flux plate and variable properties with isotherm plate. The errors obtained were about of 2% ar less, in whole domain, except at the begining of the plate. The algorithm was used in the case of variable properties with uniform heat flux plate, which does not similarity solutions / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Kil Jin Park / Dissertação (mestrado) - Univerdade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-13T22:13:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Laurindo_JoaoBorges_M.pdf: 3606895 bytes, checksum: 22f0a098609ca1384a3486ffd90c7007 (MD5) Previous issue date: 1990 / Resumo: A transferência de umidade em meios porosos granulares foi estudada, utilizando-se colunas de uma mistura de areia e caulim, submetidas a condições de secagem. Foram desenvolvidos dois métodos para a preparação das colunas, partindo-se da amostra seca e da amostra úmida, onde se procurou obter colunas homogêneas quanto às distribuições de densidade e umidade. A medição da densidade e umidade foram realizadas através do uso das técnicas da Transmissão Direta de Raios Gama e da Tomografia Computadorizada. As colunas de areia e caulim foram submetidas à secagem sob condições constantes, determinando-se perfis transientes de umidade. 0 conhecimento dos perfis proporcionou a determinação do comportamento do coeficiente de difusão de umidade no meio poroso, com a umidade e com a temperatura. O Coeficiente de Difusão Efetivo (D) variou em aproximadamente 100 vezes para conteúdos de umidade entre 0,3 e 8,0%. Entretanto, entre estes limites, várias regiões com comportamento diferenciado foram encontradas. Numa primeira região, com conteúdos de umidade entre 0,3 a 3,9%, D variou exponencialmente. Para conteúdos de umidade variando de 3,9 a 5,0%, o coeficiente foi pouco sensível às variações do conteúdo de umidade, embora um máximo tenha sido observado entre 4,2 e 4,6%. Para umidades acima de 5,0%, foi encontrada um brusca redução no valor de D, atingindo um mínimo em 5,8%, A partir desse ponto o coeficiente volta a apresentar crescimento exponencial. A variação do Coeficiente de Difusão com a temperatura foi analisada pelo conceito de energia de ativação para difusão. Encontrou-se um valor de 0,65 Kcal/Mol para temperaturas variando de 30 a 50°C a um conteúdo de umidade de 2,0% / Abstract: The moisture transfer in granulated porous media was studied using sand and caulim mixture, under constant drying conditions. Two methods for making the sand and caul in columns were developed. One was based on using dry material for filling-up the columns and the other on using wet material. The aim was to obtain homogeneous columns in relation to density and moisture distribution. Techniques as direct gama rays transmittion and computerized tomography were used to test homogeneity. The sand and caulin columns were dryed under constant conditions. Transient humidity profiles were determined and used to study the Difusion Coefficient behaviour with moisture and temperature. The effective Difusion Coefficient (D) has varied about 100 times for a moisture content ranging from 0.3 to 8%. Nevertheless, between these limits, several regions with different behaviour were found. On the first region, moisture content between 0.3 to 3-9%, D were exponentialy. For moisture contents varying from 3.9 to 5.0%, the coefficient was little sensitive to moisture content variations, although a maximum was found between 4.2 and 4.6%. From 5.0% upwards a sudden reduction on D was found, reaching a minimus for a moisture content of 5.8%. For moisture contents above 5.6% an exponential growth of the coefficient was detected. The variation of the Difusion Coeficient with temperature was analysed by the activation energy concept for diffusion. A value of 0.85 Kcal/Mol was found a temperature ranging from 30 to 50°C and a moisture content of 2% / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Osvair Vidal Travisan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-13T22:03:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chaves_CarlosAlberto_D.pdf: 3966907 bytes, checksum: 863e39f0f796366a910359e066e2ef3c (MD5) Previous issue date: 1990 / Resumo: Neste trabalho são apresentadas soluções numéricas para a convecção natural por difusão dupla em torno de um cilindro aquecido enterrado em um meio poroso saturado, sujeito a condições de temperatura e concentração constantes no cilindro e na superfície do solo. As equações governantes são expressas nas coordenadas bipolares segundo a formulação de função de corrente e resolvidas numericamente pelo método do volume de controle. As características de transferência de calor e massa são estudadas em função do número de Rayleigh, do número de Lewis e da razão de empuxo. Soluções analíticas do tipo perturbativo são apresentadas para o mesmo problema tomando por base a perturbação de Rayleigh Ra e da razão de empuxo N. Os resultados analíticos são comparados com os obtidos numericamente. A solução válida nas proximidades/do estado estagnante nos permitiu obter resultados em termos dos números de Nusselt e Sherwood para as condições Ra<2 e -4<N<3 nas situações em que Le é de ordem 0(1). Um estudo similar foi realizado para o caso de fluxo de calor e massa constantes no cilindro e temperatura e concentração constantes na superfície do solo. Também para esta configuração, a solução foi obtida tomando por base a perturbação do númerQ de Rayleigh Ra e da razão de empuxo N e os resultados são comparados com os obtidos numericamente / Abstract: In this work numerical solutions are Presented for the natural convection heat transfer by double diffusion from a heated cylinder buried in asaturated porous medium where both the cylinder and the medium surfaces are maintened at constant uniform temperature and concentration. The governing equations are Expressed in bicylindrical coordinates in the stream function formulation and handle. numerically by a control-volume method. Heat and Mass Transfer Are studied as afunction of Rayleigh number, Lewis number and the buoyancy ratio number. Perturbative type solutions for the problem are presented considering a perturbation in Rayleigh number and the bqoyancy ratio number. The Numerical results obtained are compared I with analytical results. The solution, valid in the vicinity o'f the stagnant condition, allowed us to get results in terms of Nusselt and Sherwood numbers in the range Ra<2, -4<N<3 in conditions that Le is of 0(1) . A similar study was carried for the case where a Uniform nheat and mass flux cylinder and constant uniform temperature and concentration in the medium surface is considered. For this configuration, the solution Was also obtained taking a perturbation in Rayleigh and buoyancy ratio numbers. The results are compared with numerical ones / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-18T09:13:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_CarlosAlbertode_D.pdf: 1633411 bytes, checksum: 7e0729f3ebd7178297aedc0af6290593 (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: A entalpia adimensional média do volume de controle discretizado permite determinar, de forma iterativa, a posição da interface móvel líquido-sólido. As condições de contorno nesta interface são determinadas sem a necessidade da transformação de coordenadas usando uma simples grade fixa. As linhas de corrente são determinadas diretamente da função corrente e elas representam as correntes convectivas na fase líquida. As formas das interfaces líquido-sólido e o calor armazenado em função do tempo são comparados com dados teóricos e experimentais para a vaIidação dos resultados. São também analisados os gráficos da taxa de calor global e da efetividade em função do número de unidades de transferência (NUT) / Abstract: The mean dimensionless enthalpy of the discretized control volume permit to determine the moving liquid-solid interface position. The boundary conditions in the interface are determined without the necessity of the transformation of coordinates by using a simple fixed grid. From the function 'psi¿ (r,z) the stream lines are determined which represent the convective currents in the liquid phase. Shapes of the liquid-solid interfaces and the stored heat are compared with theoretical and experimental data in the literature for the validation of the model It was also analysed in the present work curves of the global rate of heat transfer. and the effectiveness as a function of the number of transfer uni ts (NTU) / Doutorado / Mestre em Engenharia Mecânica

The route to hyperchaos is studied by direct numerical simulation of Rayleigh-Bénard convection in the Boussinesq approximation. The fluid is confined between two planes in a square periodicity cell and convective attractors are obtained for the Rayleigh number varying from 1760 to 2500, for which the hyperchaotic regime emerges; all other parameters of the system are fixed. The temperature of the upper and bottom plane are held constant and the horizontal boundaries are stress-free and isothermal. In the range of parameter considered, 9 convective attractors were found. The three largest Lyapunov exponents were computed in order to characterize all the attractors. For this, two different numerical methods were employed, one considering hypervolumes deformation (standard method) and the other the linearized system of equations (linearization method). Both numerical methods used to compute Lyapunov exponents produce similar results. While the linearization one can be applied to spatially extended systems with no dimension limit the standard is faster but restricted to low dimension dynamical systems. There is coexistence of attractors in almost all range of the parameter and intermittency is found before the hyperchaotic regime. The results suggest that the hyperchaotic attractor is created in a crisis involving an chaotic attractor and a hyperchaotic saddle. This work, is the first study of transition from periodicity to hyperchaos in three-dimensional Rayleigh-Bénard convection, an important step in understanding the onset of turbulence.

Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011