Orientador: Kamal A. R. Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T12:12:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarceloModesto_M.pdf: 3275706 bytes, checksum: 58fc67a9bf6e3734d184fe0b7e6fdfc9 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo estudar a mudança de fase em uma camada porosa constituída de materiais metálicos e não-metálicos, de modo a se conseguir um modelo numérico que satisfaça os dois tipos de materiais. Modelou-se o problema em uma geometria plana, unidimensional, aplicando-se em um dos contornos da camada porosa condições de contorno de temperatura constante e taxas de fluxo de calor. A equação governante do processo é a equação da energia na forma transiente, sendo resolvida considerando-se que a transferência de calor é feita exclusivamente por condução, desprezando-se os efeitos da convecção natural pelo fato da presença do meio poroso. A influência do meio poroso é introduzida através do conceito de propriedades efetivas. A simulação numérica foi baseada no método de volumes de controle em diferenças finitas, usando-se um esquema de malhas móveis e a formulação implícita de CrankNicholson. A condição de contorno de fluxo de calor é analisada utilizando-se fluxo de calor constante e variável com o tempo. Modelos para a variação da temperatura ambiente e da incidência de radiação solar são obtidos na literatura para o caso de fluxo de calor variável. No caso do processo de solidificação a simulação numérica foi feita analisando-se os efeitos de parâmetros como porosidade, temperatura imposta no contorno, temperatura inicial e a espessura da camada porosa, na distribuição de temperatura, comportamento da interface e no tempo de solidificação total da camada porosa. Para o processo de fusão analisaram-se os efeitos de diferentes fluxos de calor constantes e variáveis na distribuição de temperatura, comportamento da posição da interface, tempo de fusão total da camada porosa e na temperatura da superfície exposta ao fluxo de calor / Abstract: The objective of this work is to study the phase change in a constituted porous layer of metallic and non-metallic materials, in such a way that the proposed numerical model can be used to satisfy both types of materiaIs. The problem was modeled as one dimensional in plan geometry, where the constant temperature and constant heat flux boundary conditions were applied at one of porous layer contours. The transient energy equation of the process was solved considering the effect of heat conduction, neglecting the effects of natural convection due to the presence of porous medium. The concept of effective properties has been used to introduce the influence of the porous medium. Numerical simulation was based on the method of the control volume in finite difference form, using moving grid scheme and the implicit Crank Nicholson formulation. The heat flux boundary condition was analyzed using a constant heat flux, which varies with time. Ambient temperature and solar radiation incidence models were obtained from the literature for the case of variable heat fluxo In the case of the solidification process numerical simulations were used to analyze the effects of the parameters such as porosity, imposed boundary temperature, initial temperature, and the porous layer thickness on the temperature distribution, interface behavior, and the total solidification time of the porous layer. For the fusion process the effects of different constant and variable heat flux conditions upon temperature distribution, interface behavior, total solidification time of the porous layer and the surface temperature exposed to the heat flux were analyzed. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T03:27:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GarciaUrrutiaAraujo_FernandoLuis_M.pdf: 12841097 bytes, checksum: 7616bc4cce13fb5a7d3b91a7272ba131 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A solidificação de uma liga eutética permite produzir duas ou mais fases sólidas, que crescem de forma cooperativa. Tal fato toma esse tipo de liga atraente na obtenção de compósitos do tipo in situo Um compósito in situ exibe propriedades distintas das propriedade das fases que o constituem, o que pode resultar em um material com características interessantes no tocante a propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas ou ópticas. O objetivo do presente trabalho é avaliar ligas do sistema Ni-Al-Nb, contendo a estrutura eutética formadas pelas fases NiAl e NiAlNb. A primeira parte do presente estudo consistiu na obtenção das ligas no estado bruto de fusão, em atmosfera inerte, e sua respectiva caracterização por microscopia óptica, eletrônica de varredura, fluorescência de raios-X, análise térmica diferencial e difração de raios-X. Em seguida, ligas eutéticas desse sistema foram processadas pela técnica de solidificação direcional em fomo de aquecimento indutivo do tipo Bridgman. As amostras obtidas foram caracterizadas da mesma maneira elaborada com as amostras no estado bruto de fusão. Com o objetivo de avaliar a estabilidade da microestrutura em altas temperaturas, ligas solidificadas direcionalmente foram submetidas a tratamento térmico. Finalmente, amostras no estado bruto de fusão e solidificadas direcionalmente foram ensaiadas através de teste de microdureza Vickers. Os resultados obtidos permitiram compreender o modo de crescimento do eutético estudado, sua morfologia, seu comportamento em altas temperaturas e alguns aspectos preliminares de seu comportamento mecânico / Abstract: The solidification of an eutectic alloy results in two or more solid phases, which grow in cooperative form. Such phenomenon makes this type of alloy interesting for obtainment of in situ composites. An in situ composite shows different properties than the individual component phases, that can result in a material with interesting features with regards to mechanical, electric, magnetic or optical properties. The aim of the present work is to evaluate alloys in the Ni-Al-Nb system, containing the eutectic structure formed by NiAl and NiAlNb phases. The first part of the present study consisted of the obtainment of cast eutectic structure in an electric arc furnace under inert atmosphere, and their characterization by optical and electronic microscopy, thermal analysis technique, X-rays fluorescence and X-rays diffraction. After that, the eutectic alloys were processed by directional solidification in a Bridgman type inductive furnace. The directionally solidified samples were characterized in the same way as the cast samples. In addition, the high temperature stability of the directionally solidified samples was evaluated. Finally, cast and directionally solidified samples were evaluated through microhardeness Vickers testing. The results allowed to understand the NiAl-NiAlNb eutectic growth, its morphology, its behavior in high temperatures and some preliminary aspects of its mechanical properties / Mestrado / Materiais e Processos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Roberto Antonio Clemente / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T00:13:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saleh_AbdalaMohamed._D.pdf: 1450185 bytes, checksum: 3bf619a81e2079d1a42d0a4f4699d3ae (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho abordou três aspectos teóricos dentro do estudo dos metais líquidos levitados. No primeiro abordamos a origem das instabilidades ocorridas no aparato experimental TEMPUS, no qual ocorre a expulsão das amostras da sua posição de equilíbrio. Para isto, apresentamos cálculos de forças e torques que surgem em condutores elipsoidais submetidos a campos magnéticos oscilantes em condições de microgravidade. As forças são restauradoras e surgem devido ao afastamento axial e lateral do condutor (considerado rígido), a partir da sua posição de equilíbrio. Os torques que surgem devido às bobinas de aquecimento, mediante uma rotação rígida da gota em torno do eixo perpendicular ao das bobinas, apresentam-se como restauradores para uma elongação superior a um e desestabilizantes para uma elongação menor que um. Os causados pelas bobinas de posicionamento são desestabilizantes no intervalo de elongação entre um e dois, para as demais elongações, apresentam-se como restauradores. Para a situação de bobinas de aquecimento desligadas, a taxa de crescimento dos movimentos desestabilizantes de virada do condutor está compreendida entre as escalas associadas aos movimentos de pulsação da superfície da gota e seu decaimento. Portanto, há tempo suficiente para acessar, diversas vezes, a forma prolata com elongação entre um e dois, o que causa um efeito ponderomotivo desestabilizante. O segundo aspecto da tese mostra, a partir de hipóteses diferentes da de Avrami (tradicional), a existência de outras soluções para o problema geométrico do impingement (termo utilizado na literatura para dar a noção de colisão entre os grãos solidificados em crescimento), como também a relevância de se incluir ou não a contribuição dos chamados núcleos fantasmas. O terceiro aspecto refere-se a um modelo simplificado de solidificação que reproduz a curva de temperatura (incluindo a recalescência) e fração solidificada em função do tempo. Nosso modelo levou em conta os efeitos de impingement e as diferenças de calores específicos do sólido e do líquido. Aplicamos tal modelo a uma curva obtida experimentalmente para o Zr através do aparato experimental TEMPUS, durante a segunda Missão Internacional do Laboratório de Microgravidade na nave espacial Columbia, em 1994. Os resultados numéricos mostram que o acordo com as curvas experimentais dependem do modelo de impingement adotado / Abstract: This work focuses three theoretical aspects within the framework of levitated liquid metals. In the first one, we treated the origin of instabilities that occur in TEMPUS experimental aparatus, in which samples were pushed away from the center of the cage. To this end, we calculated forces and torques arising on ellipsoidal conductors positioned by oscillating magnetic fields, in ambient of microgravity. Forces, arising from axial and lateral rigid shifts of the metallic drop from their equilibrium position, are restoring. The torques due to heating coils, under rigid rotation of the sample are restoring when the drop elongation is larger than unity and they may cause instability when the drop elongation is lower than one. For elongation¿s between one and two unstable flipping is caused by the positioning coils. For other elongation¿s, the torques are restoring. When the heating coil is switched o ., the growth rate of flipping motion is comprised between the time scales of drop surface pulsation and its damping time. Hence, in such case, the prolate shape of the drop, with elongation between one and two, is accessed many times producing an overall unstable ponderomotive effect. The second aspect of the thesis shows, starting from hypotheses different from those adopted by Avrami (traditional treatment), the existence of other solutions for the geometrical problem of impingement (this term gives the notion of collision among solidified growing grains), as well as, the relevance to include or not the contribution of phantom nuclei. The last aspect is related with a simplified model of solidification that reproduces the temperature curve (with recalescence) and the solidified fraction as functions of time. Our model take into account impingement effects and possible differences between specific heats of solid and liquid phases. We applied such treatment to an experimental curve for Zr, which was obtained in TEMPUS apparatus, during the International Microgravity Laboratory Mission 2 (IML-2) on board of Space Shuttle Columbia, in 1994. The numerical results show that the agreement with the experimental curve depends of the adopted impingement model / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientadores: Marcelo Morteira Ganzarolli, Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:05:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tosin_RicardoCarvalho_M.pdf: 2724952 bytes, checksum: 43d94e4642402ff43fbf26528cfcaeb6 (MD5) Previous issue date: 2004 / Mestrado

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Univesidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T06:44:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Abugderah_MabrukMansor_D.pdf: 5899929 bytes, checksum: 2c433d6b10f00ea7913b826bbff1ebb6 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho, um sistema de armazenamento de energia de mudança de fase tipo casco e tubo é modelado. O material de mudança de fase está no casco e o fluido de transferência de calor está circulando nos tubos por convecção forçada. Este sistema é resolvido usando os modelos numérico e semi-analítico. No modelo numérico as equações de quantidade de movimento são discretizadas usando o método de volumes de controle. As equações de quantidade de movimento discretizadas são resolvidas usando o procedimento SIMPLE. O campo de velocidade obtido é substituído na equação de energia do fluido do trabalho. Para resolver todo o problema como um único domínio, a equação da energia do fluido de transferência de calor é acoplada com as equações de energia da parede do tubo e do material de mudança de fase. Para efetuar o acoplamento é utilizada a média harmônica das respectivas condutividades térmicas. No caso do modelo semi-analítico, ao invés de resolver as equações de quantidade de movimento, o perfil da velocidade de um escoamento inteiramente desenvolvido é utilizado. Os dois modelos são utilizados para analisar e predizer o desempenho térmico de dois armazenadores térmico; um é de temperatura baixa e o outro é de temperatura moderada / Abstract: In this work, a phase change thermal storage system of the shell and tube type is modelled. The phase change material is located in the shell and the heat transfer fluid is circulating in the tubes by forced convection. The system is solved using numerical and semi-analytical models. The numerical model consists of solving the momentum and energy equations using the control volume method The obtained velocity field is substituted in the energy equation of the HTF. To solve the problem as one domain, the energy equation of the working fluid is coupled with the energy equations of the tube wall and the phase change material. In the case of the semianalytical model, instead of solving the momentum equations, the parabolic velocity profile of a fully developed flow is used. The models are used to analyse and predict the thermal performance of two phase change thermal storage systems, one for moderate temperature application and the other is of low temperature applications / Doutorado / Termica e Fluido / Engenharia Mecanica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T06:29:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CaramJunior_Rubens_D.pdf: 3983851 bytes, checksum: 7faedf5a681608b8023e20e3e2889d48 (MD5) Previous issue date: 1988 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo principal a elaboração de um modelo de otimização de sistemas metal/molde durante a solidificação de metais. Inicialmente foi realizada uma ampla e criteriosa revisão dos principais aspectos fenomenológicos ligados à transformação líquido/sólido. Numa etapa seguinte, a transferência de calor envolvida na transformação foi abordada por meio do desenvolvimento de um modelo matemático baseado na técnica de diferenças finitas, sendo que com tal ferramenta foi possível simular condições reais dos processos de fundição e lingotamento, analisando com eficiência a história térmica, bem como a cinética de solidificação nesses processos. Paralelamente ao desenvolvimento teórico, foi elaborado um conjunto experimental que permitiu executar ensaios de conformação de metais através dos processos mencionados, analisando nessa etapa diversos aspectos. Os resultados obtidos de ambas as formas de análise dos processos de fundição e lingotamento foram confrontados, sendo que os mesmos exibiram alto grau de concordância, habilitando o modelo teórico como instrumento essencial no estudo e otimização de processos envolvendo a solidificação. Finalmente, aplicou-se o modelo matemático concebido na investigação e otimização de uma série de parâmetros relacionados ao sistema metal/molde, bem como ligados à operação do mesmo, tais como a espessura da parede da lingoteira, o coeficiente de transmissão de calor metal/molde, a geometria do molde, a temperatura de vazamento, etc. Tal abordagem forneceu subsídios para a concepção de um modelo aprimorado de conformação de metais a partir da transformação líquido/sólido. / Abstract: The main purpose of this work was to develop a mathematical model to investigate and improve metal/mold systems during solidification in casting and foundry processes. Initially, it was made a wide and critical review of principal aspects related to liquid/solid transformations. In sequence, the heat transfer involved in solidification was treated by means of the development of a numerical model based on finite difference technics turning it possible to simulate actual conditions of these processes, such as solidification kinetics and thermal behavior. Moreover, an experimental arrangement was developed in order to carry out a set of experiments of the mentioned processes and it was used to examine a number of factors influencing the progress of solidification. The results from the theoretical and experimental analysis of casting and foundry processes were compared and the agreement observed was good in all cases examined. In both situations (casting and foundry) the model has proved to be an useful and powerful tool to analyse the solidification of metals. In adition, this modeling was applied to optimize some of the parameters of metal/mold systems (mold thickness, thermal resistance across the metal/mold interface, mold geometry, pouring superheat, etc) and on the basis of the obtained results, it was established an improved model of metal/mold system. / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_OtavioFernadesLimada_D.pdf: 7409930 bytes, checksum: 185fd4df96219910c3927a54d59d777e (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T11:25:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimentel_JorgeRoberto_D.pdf: 22378008 bytes, checksum: 5dcdd3a7a38b2dba16ed6423a20f3ca8 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: A solidificação em meios porosos saturados com líquido apresenta muito interesse,sendo muitas as aplicações práticas existentes, por exemplo na industria e agricultura. Este trabalho foi iniciado com o propósito de obter um melhor entendimento do problema e verificar a influência de vários parâmetros associados com o mesmo. Ele foi dividido em duas partes: modelamento e solução numérica e verificação experimental da validade do modelo e das hipóteses adotadas. Adaptou-se um modelo analítico conhecido, aplicável à uma única substância pura e sob condições de contorno idealizadas, introduzindo-se o conceito de propriedades térmicas efetivas.Os resultados foram comparados com medidas experimentais, mostrando concordância satisfatória. Com o objetivo de analisar situações e condições de contorno reais, o mesmo problema foi formulado e resolvido numericamente, comparando-se os resultados obtidos com as previsões analíticas e com valores experimentais. Foram feitas varias simulações, para condições de contorno de isolamento, convecção e temperatura ambiente variável, empregando-se diferentes materiais sólidos e meios com porosidades variadas. As comparações com os resultados experimentais indicaram boa concordância, exceto quando foram usados materiais porosos altamente condutores / Abstract: The problem of solidification in porous medium saturated with liquid is very interesting and has many pratical implications in industry, agriculture etc. This study was initiated in order to have better understanding of the problem and verify the influence of the various parameters associated with the problem. The study was divided into two parts; modeling and numerical solution of the problem and experimental verification of the validity of the adopted model and the assumptions. In this study an available analytical model for pure and unique substance under idealized boundary conditions was adapted to handle the present problem using the concept of effective thermal properties. The results were compared with experimental measurements and the agreement was found to be satisfactory. In order to treat real situations under real boundary conditions, the problem was formulated and the resulting equations with different boundary conditions were solved numerically. The obtained results were compared with the analytical predictions and also with experiments. Various simulations were realized including insulated and convective boundary conditions, variable ambiental temperature and different solid materiais with different porosities. Comparison with the experiments indicated good agreement except for high conducting porous media / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-16T00:28:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ynoue_Mario_M.pdf: 1851400 bytes, checksum: 07c650268bac7ccdfb75580b57a1f8a5 (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: Foi desenvolvido um modelo analítico de solidificação estendido, baseado em modelos anteriores de Garcia-Prates, que permite a determinação de distribuições de temperatura e cinética de solidificação de ligas (solidificação com zona pastosa) vazadas com superaquecimento em moldes maciços. Este modelo de solidificação foi introduzido na equação de redistribuição de soluto local proposta por Flemings-Nereo e o modelo resultante foi aplicado no cálculo de macrossegregação de ligas binárias solidificadas unidirecionalmente, com extensa zona pastosa, que apresentam contração de solidificação. O perfil de concentração de soluto ao longo do lingote é de segregação inversa típica. Resultados do modelo de solidificação foram comparados com os de um modelo usando método de diferenças finitas e mostraram concordâncias boas e razoáveis. Perfis de concentração de segregação inversa calculados para a liga Al-4,5%Cu apresentam boa concordância com outros modelos e resultados experimentais encontrados na literatura. O modelo de segregação desenvolvido permite uma utilização versátil em simulações de condições práticas de solidificação, pois variáveis como coeficiente de transferência de calor metal-molde, superaquecimento, material do molde e liga solidificada são introduzidas diretamente nos cálculos. Deste modo, o modelo torna-se uma boa ferramenta para a análise de possíveis influências de várias condições de solidificação com relação à segregação. / Abstract: An extended analytical model of solidification, based on previous ones introduced by Garcia-Prates, was developed that permits the determination of temperature distributions and solidified thickness of alloys (solidification with mushy zone) solidified in massive mold, poured under superheated melt conditions. This solidification model was introduced in the local solute redistribution equation proposed by Flemings-Nereo and the resulting model was applied in the calculation of segregation of binary alloys, solidifying unidirectionally, under large mushy zone and showing solidification contraction. The final distribution of mean solute concentration along the ingot presents a typical inverse segregation. The solidification model results was compared to a finite difference method model and showed good agreement. The calculated concentration profiles of inverse segregation for the Al-4.5%Cu is in good agreement with other models and experimental results published in literature. The segregation model permits a very versatile utilization in simulations of currently casting conditions because variables such as metal/mould heat transfer coefficient, pouring temperature, mould material and casting alloy are directly introduced in the calculations. So, it is a good tool to analyse the possible influences of various solidification conditions with respect to segregation. / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-16T00:30:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kiyan_Carlos_D.pdf: 5786566 bytes, checksum: fbf0cda8916b7585926e6bd8feb008ea (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método analitico aproximado que permite a determinação dos principais parâmetros térmicos e da variação dos espaçamentos dentriticos primário e secundário durante o processo de solidificação de ligas metálicas em moldes refrigerados em que o fluxo de calor é radial (cilindros e esferas). A partir da determinação destes parâmetros o modelo permite a determinação da variação da permeabilidade dos canais interdendriticos que é importante na análise da formação de microporosidades em peças obtidas por processos de fundição. O modelo desenvolvido é aplicado na análise do processo de solidificação de diferentes ligas e para o estudo das influências das caracteríslicas do sistema metal/molde neste processo / Abstract: In this work an analytical method is proposed to study the solidification of metallic alloy under radial (cylinders and spheres) heat flux. The method is able to predict the tortuosity and permeability of the dendritic channels, which are important to study pore formation during solidification. The method is applied to study different alloys and different metal/molde conditions / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica