Orientador: Rita de Cássia Marchi. / Dissertação (Mestrado em Educação) - Programa de Pós-Graduação em Educação, Centro de Ciências da Educação, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

A técnica de transformada integral generalizada é extendida para se obter soluções analíticas em problemas lineares de difusão com coeficientes variáveis nas comdições de contorno e aplicada ao estudo da convecção forçada laminar em tubos circulares externamente aletados, nos regimes permanentes e periódicos. Analisa-se o problema da região de entrada térmica em regime permanente com condição de entrada uniforme, usando variações tipo degrau e harmônica no coeficiente de transferência de calor externo, para simular a presença das aletas radiais. São obtidos resultados numéricos para as grandezas térmicas de interesse, como temperatura média global, as taxas de transferência de calor adimensional e número de Nusselt global. Compara-se, também, resultados para as taxas de transferência de calor adimensional com as disponíveis na literatura, analisando-se, criticamente, os efeitos das variações de espaçamento e espessura das aletas na troca térmica com o fluido. Estuda-se o problema da região de entrada téwrmica em regime periódico para um tubo aletado externamente e sujeito a variações com o tempo na temperatura de entrada no canal. Investiga-se, então, a influência da frequência das oscilações na resposta térmica do sistema, em termos das distribuições de amplitudes e ângulos de fase ao longo do tubo, para as grandezas de interesse como temperatura média global e fluxo de calor na parede. Finalmente, analisa-se os efeitos de diferentes combinações espaçamento-espessura do arranjo de aletas, na propagação das oscilações na entrada, ao longo do canal.

É analisado o problema de transferência de calor em palhetas de turbina a gás, resolvendo-se numericamente as equações que descrevem o desenvolvimento da camada limite bidimensional sobre uma superfcie curva. São consideradas as coordenadas intrínsecas e um método implícito de diferenças finitas para a solução das equações. O modelo utilizado considera as equações que representam o escoamento (continuidade, quantidade de movimento e energia) no regime laminar e turbulento, sendo empregado para o fechamento o modelo k/';épsilon';. Assim, as flutuações turbulentas são expressas em termos do produto do gradiente da variável média associada (velocidade ou entalpia) por um parâmetro de difusão turbulenta (viscosidade turbulenta ou condutibilidade térmica turbulenta), conforme hipótese de Boussinesq. O equacionamento foi feito de modo a permitir o cálculo de escoamentos compressíveis e com gradientes de temperatura da ordem dos encontrados em turbinas axiais. Ressalta-se, porém, que não é prevista a ocorrência de choque. Empregando-se o método dos volumes de controle, apresentado por Patankar [9], o sistema de equações diferenciais não lineares e acopladas é transformado em um sistema de equações algébricas lineares. Com o objetivo de testar o modelo foram feitas comparações com resultados obtidos para escoamento sobre uma placa plana e com resultados experimentais de escoamento sobre palhetas de turbina.

Utilizando a Técnica da Transformada Integral Generalizada desenvolve-se uma análise para solução de problemas de difusão em geometrias arbitrárias bidimensionais e tridimensionais. Aplicou-se o formalismo desenvolvido para estudar o escoamento laminar desenvolvido em dutos retos com geometria de seção transversal na forma de triângulo retângulo, trapezoidal e hexagonal. Resolve-se também a convecção laminar forçada em dutos retangulares e triangulares sujeitos à condição de contorno do primeiro tipo. Os resultados são comparados com aqueles disponíveis na literatura.

Estudam-se radiadores espaciais associados a capacitores térmicos. O capacitor térmico é composto de material de mudança de fase no qual estão imersas aletas metálicas. O capacitor está sujeito a um fluxo de calor; gerado por componentes eletrônicos, que pode ser variável com o tempo. Os resultados são analisados para os seguintes parâmetros: largura das aletas, calor gerado pelos componentes; emissividade do radiador; absortividade do radiador; largura e altura do capacitor. O problema é formulado supondo que o processo de transferência de calor seja controlado por condução e utilizando-se a forma entálpica da equação da energia. O método de solução é o de volumes de controle aplicado a equação de energia na sua forma entálpica bidimensional e considerando a mudança de fase. A equação obtida é válida para todo dominio, isto é, tanto para a aleta como para ambas as fases do material de mudança de fase. Os resultados constituem um conjunto de dados capazes dde auxiliarem no projeto de radiadores térmicos associados a capacitores que utilizaram mudança de fase e na análise dos parâmetros envolvidos. Sugere-se a otimização de cada parâmetro afim de se conseguir, não somente que os componentestrabalhem dentro de sua faixa operacional, mas também vantagens associadas a operação do dispositivo, seu tamanho, peso e custo.

No presente trabalho é feita a análise sa performance de armazenadores térmicos por calor latente com aletas transversais tipo tubo-carcaça. O material de mudança de fase encontra-se do lado da carcaça e o fluido de transporte escoa dentro dos tubos. Para a formulação do problema no material de mudança de fase (M.M.F.), é escrita a equação da energia na sua forma entalpica, supondo que o problema de transferência de calor seja controlado por condução. A solução da equação é obtida por método numérico, utilizando-se a técnica dos volumes de controle. Após a obtenção da distribuição de temperaturas na aleta e do material de mudança de fase, faz-se o estudo do acoplamento do escoamento do fluido dentro do tubo com o problema de mudança de fase, através de um balanço energético no elemento de fluido. Os resultos obtidos são discutidos através de parâmetros tais como: NTU, efetividade, massa solidificada, tempo de solidificação, número de aletas, compacidade, altura de aletas, largura de aletas.

O modelo de duas bandas é aplicado na análise térmica de um coletor solar com absorvedor aletado. O sistema íntegro-diferencial não linaer resultante do balanço de energia no coletor é resolvido numericamente. A análise dos resultados mostra que o chamado "efeito cavidade", induzido pela presença das aletas, tende a aumentar a eficiência do coletor, pois tende a diminuir as perdas de radiação. Observou-se também que este efeito está presente em situações em que existe convecção entre as superfícies do coletor e o ambiente. Os resultados obtidos na análise do problema de radiação foram também utilizados no estudo do problema de transferência de calor no fluido em escoamento no canal do coletor, o que permite a determinação de grandezas relevantes ao projeto dos sistemas. Foi feita uma camparação das eficiências dos coletores com absorvedores aletados com as dos coletores de colméia e constatou-se que a substituição das colméias por aletas não provoca uma grande queda no desempenho dos sistemas, o que indica a possibilidade econômica de utilização de coletores com absorvedores aletados, tendo em vista a maior facilidade de fabricação destes.

O trabalho consiste no desenvolvimento, construção, calibração e testes de um aparato experimental para realização de medidas de Condutividade Térmica de materiais sólidos e de medidas de Resistência Térmica de Contato em Vácuo. Para as medidas de Condutividade Térmica, diversos metais comerciais foram analisados. Nas medições de Resistência Térmica de Contato foram analisados os efeitos da pressão no contato, da direcionalidade de fluxo de calor, do material e da rugosidade das superfícies de contato.

Analisa-se o desempenho de armazenadores térmicos por calor latente com geometria cilíndrica de eixo vertical. O problema é formulado em coordenadas cilíndricas com as equações de conservação de movimento acopladas a equação da energia para se considerar o efeito da convecção natural nos processos de fusão e solidificação. Essas equações são resolvidas numericamente utilizando-se a técnica dos volumes de controle finitos desenvolvida por Patankar e o modelo proposto por Bonacina para simular o efeito do calor latente de fusão. Desenvolve-se um programa computacional para resolver os sistemas de equações lineares resultantes da discretização. Os resultados para o calor armazenado, para o fluxo local de transferência de calor e para a taxa global de transferência de calor são apresentados numa forma adimensional para diversos regimes de operação do armazenador e comparados com resultados experimentais. São analisadas ainda as influências de parâmetros geométricos e de transferência de calor no seu comportamento.

O presente trabalho tem por finalidade a análise experimental do problema de convecção forçada entre placas paralelas no escoamento com transição laminar-turbulento, com condições assimétricas do perfil de temperatura. A determinação dos valores locais dos coeficientes de transferência de calor é obtida aplicando-se a técnica se Sublimação de Naftaleno. De acordo com a analogia entre transferência de calor e transferência de massa as condições experimentais correspondem a situação de transferência de calor onde uma das placas esta a uma temperatura uniforme e a outra é isolada. A seção de testes constitui-se de um canal retangular construido por duas laterais e uma base de duralumínio e uma tampa de acrílico, a qual simula a placa isolada. Sobre a base são instaladas as placas de naftaleno que simulam a superfície isotérmica. Na entrada da seção de testes foi montada uma contração do tipo "boca de sino" que tem por finalidade uniformizar o pérfil de velocidade. As experiências foram realizadas succionando-se ar através da seção de testes o que provoca a sublimação nas superfícies das placas da naftaleno, desgastando-as. Os coeficientes locais de transferência de calor foram obtidos empregando-se a analogia de transferência de calor e massa, medindo-se o desgaste local da placa com um apalpador numa mesa de coordenadas. O desenvolvimento simultâneo das camadas limites térmica e hidrodinâmica é estudado, e são obtidas informações sobre o número de Sherwood no desenvolvimento da camada limite laminar e da camada limite turbulenta. Os coeficientes de transferência são apresentados em forma adimensional (número de Nusselt e Sherwood) e a faixa do número de Reynolds estudada foi de 15.000 a 65.000.