Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-16T03:05:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2015 / Abstract : The research on alternative technologies aims at the development of environmentally-friendly thermal systems with a lower energy consumption. In this context, magnetic refrigeration at near-room temperature stands out as a promising alternative technology for the development of refrigeration systems. The present thesis advances theoretical and experimental analyses of passive and active magnetic regenerators aiming at applications in refrigeration systems. The study of passive regenerators will provide the basis for the assessment of the active matrices. Therefore, the thesis work was carried out along two research fronts. The first is concerned with the study of the thermal-hydraulic performance of passive regenerators through an evaluation of their effectiveness and viscous losses. The second front is dedicated to the evaluation of active magnetic regenerators as part of a refrigeration cycle, by means of an analysis of the system cooling capacity, temperature difference between the thermal reservoirs and coefficient of performance. Both fronts have experimental and numerical approaches. In the experimental part, an apparatus for the evaluation of passive and active magnetic regenerators was designed and built. Different matrix geometries (parallel plates, pin arrays and packed beds of spheres) were evaluated in terms of their thermal performances. In the numerical analysis, a mathematical model based on the finite volume method was developed to solve the transient one-dimensional forms of the momentum equation for the fluid flow through the porous matrix and the energy equations for the fluid and solid phases. Different types of losses were included in the model, such as the internal demagnetizing field, heat transfer to the surroundings, axial heat conduction and void volume losses. Finally, a methodology to optimize passive and active regenerators based on the Entropy Generation Minimization theory was proposed and implemented in the numerical model.<br> / A pesquisa por tecnologias alternativas busca o desenvolvimento de sistemas térmicos com menor consumo energético e ambientalmente amigáveis. Neste contexto, a refrigeração magnética, baseada no efeito magnetocalórico, se destaca como uma tecnologia alternativa promissora para o desenvolvimento de sistemas de refrigeração. O presente trabalho de doutoramento tem por objetivo fazer uma análise teórico-experimental de regeneradores passivos e magnético-ativos para aplicações em sistemas de refrigeração. O estudo de matrizes regenerativas passivas servirá de base para a avaliação das matrizes ativas. Logo, o trabalho desenrola-se em duas frentes de pesquisa. A primeira tem como objetivo estudar o desempenho térmico e hidrodinâmico de regeneradores passivos por meio da avaliação da efetividade e perdas viscosas. A segunda frente tem como objetivo avaliar regeneradores magnético-ativos quanto a sua aplicação em um ciclo de refrigeração, sendo extraídas informações acerca da capacidade de refrigeração, da diferença de temperaturas entre os reservatórios térmicos do sistema e do coeficiente de performance. Ambas as frentes de pesquisa terão abordagem experimental e numérica. Na primeira, foi projetado e construído um aparato para a avaliação de regeneradores passivos e magnético-ativos, além da fabricação de diferentes geometrias de matrizes (placas paralelas, banco de pinos e leito de esferas) para a avaliação e comparação de seus respectivos desempenhos térmicos. Já na abordagem numérica, foi desenvolvido um modelo unidimensional e transiente, baseado em volumes finitos, o qual resolve a equação da quantidade de movimento para meios porosos e as equações da energia para as fases fluida e sólida de forma acoplada. Diferentes tipos de perdas como o campo desmagnetizante interno, além de perdas térmicas para o ambiente, condução axial e volume morto foram incluídas no modelo. Por fim, é proposta uma metodologia de otimização de regeneradores baseada na Teoria da Minimização da Entropia, implementada no modelo numérico.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/159037 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Trevizoli, Paulo Vinicius |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Barbosa Junior, Jader Riso |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | liv, 380 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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