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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3490
Tipo: | Tese |
Título: | Estudo da transferência de calor por convecção mista em dutos horizontais e verticais |
Autor(es): | DIAS, João Batista |
Primeiro Orientador: | MENON, José Genésio |
Resumo: | No presente trabalho utiliza-se o método de elementos finitos com o elemento triangular linear e a formulação de Galerkin para estudar a transferência de calor por convecção mista em dutos horizontais e verticais. O escoamento é considerado bidimensional, desenvolvido, laminar e não permanente. É admitida a aproximação de Boussinesq. O fluido de trabalho é o ar (Pr = 0,7). Foram desenvolvidos programas computacionais em linguagem FORTRAN para calcular, conforme o caso estudado, o número de Nusselt local e médio, o produto médio do fator de atrito pelo número de Reynolds, a velocidade axial adimensional média, a temperatura adimensional média e as distribuições de função corrente, velocidade axial adimensional, temperatura adimensional e vorticidade. Foram estudados três problemas de convecção mista em dutos horizontais, a saber: duto retangular horizontal com cilindro interno aquecido, duto retangular horizontal de seção transversal inclinada com cilindro interno aquecido e tubo horizontal com uma placa interna excêntrica. A placa é considerada termicamente isolada. Para os três casos o aquecimento se dá por fluxo de calor axial uniforme com temperatura circunferencial uniforme. Foram estudados 4 problemas de convecção mista em escoamentos verticais, a saber: duto vertical elíptico, banco de tubos alinhados entre placas verticais, banco de tubos alinhados em um escoamento vertical e banco de tubos alternados em um escoamento vertical. No duto elíptico o aquecimento ocorre por fluxo de calor axial uniforme e temperatura periférica uniforme. Nos bancos de tubos o aquecimento se dá por temperatura uniforme, as placas são termicamente isoladas e o fluido tem temperatura e velocidade uniformes na entrada. Os programas desenvolvidos são validados para diversos problemas e os desvios encontrados são considerados suficientemente pequenos para tornarem estes programas aptos para serem utilizados nos problemas propostos. |
Abstract: | In this work, the finite element method using triangular elements and the Galerkin formulation is used to study the mixed convection heat transfer in horizontal and vertical ducts. The flow is considered two-dimensional, developed, laminar and unsteady. The fluid physical properties are considered constant except the density in the buoyancy terms to witch the Boussinesq approximation is applied. The fluid used in this work is air (Pr = 0,7). Computational programs in FORTRAN language were developed to calculate, according to each case studied, the local and average Nusselt number, the product of the average friction factor by Reynolds number, the average nondimensional axial velocity and the average nondimensional temperature. Moreover, the distributions of stream function, nondimensional axial velocity, nondimensional temperature and vorticity were also calculated. Three mixed convection problems in horizontal ducts were studied. They are as follows – an horizontal rectangular duct with a heated inner cylinder, an horizontal rectangular duct with an inclined cross section and a heated inner cylinder, and a heated horizontal tube with an insulated eccentric inner plate. For the three cases mentioned previously, heating is realized with an uniform axial heat flux and circumferenttial uniform temperature. Four cases of mixed convection heat transfer with vertical flow were studied. They are as follow – a vertical elliptic duct, a bank of aligned tubes between vertical plates, a bank of aligned tubes in a vertical flow, and a bank of alternate tubes in a vertical flow. The elliptic duct has uniform axial heat flux and peripheral uniform temperature. In the case of the tube banks, the tube walls are kept isothermal, the plates are insulated and the entry fluid has uniform temperature and uniform velocity profiles. The computational programs are validated for several problems and the differences found are small enough to turn these programs applicable to the proposed problems. |
Palavras-chave: | Transferência de calor Convecção mista Método de elementos finitos numéricos Métodos numéricos Dutos horizontais Dutos verticais |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
Sigla da Instituição: | UNIFEI |
metadata.dc.publisher.department: | IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3490 |
Data do documento: | 20-Dez-2002 |
Aparece nas coleções: | Teses |
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