dc.creator |
CARVALHO, Gabriel Ferraz Marcondes de |
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dc.date.issued |
2025-02-13 |
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dc.identifier.citation |
CARVALHO, Gabriel Ferraz Marcondes de. Investigação do escoamento ao redor de um corpo rombudo de parede hidraulicamente rugosa e que troca calor com o meio fluido: simulação numérica utilizando o método de partículas de temperatura. 2025. 107 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025. |
pt_BR |
dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4235 |
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dc.description.abstract |
This work investigates two-dimensional flows with subcritical Reynolds number around a circular
cylinder with rough surface and kept heated at a constant temperature; the analyses include
mechanisms of mixed convection heat transfer. The numerical approach discretizes the vorticity
field and the heat by using particles, which characterizes a purely lagrangian description.The
work contributes to the scientific literature in two ways: i) implementation of an accelerator
algorithm to incorporate LES-type turbulence modeling for the temperature field, and ii) proposition
of a surface roughness model for the thermal boundary layer. The second contribution
is made possible through LES-type turbulence modeling, allowing that roughness effects for
different average surface roughness heights interfere on behavior of pressure, drag and lift coefficients,
of the boundary layer separation angle, and heat transfer from body surface to fluid
domain. Those parameters are of great interest for engineering design involving various devices
subject to external flows, where there is heat exchange with the fluid domain. Simulations were
performed for a Reynolds number of Re = 100,000, Prandtl number of Pr = 0.71, and average
surface roughness heights of ε/D = 0.001 and 0.007. The results showed that mixed convection
heat transfer impacts the fluid dynamic loads in a complex manner, increasing the drag
coefficient and heat transfer via Nusselt number behavior. For the latter dimensionless number,
the value obtained for the simulation in the smoothed cylinder case showed some discrepancy
with the expected experimental date, indicating the need for a more detailed energy balance on
the thermal boundary layer. However, by implementing roughness effects, an increase in the
Nusselt number was observed in proportion to the experimental results, indicating that the new
two-dimensional roughness model is sensitive and provides physically consistent results. The
three characteristic kinds of particles interaction consume a high computational time, which
also required the use of parallel processing in OpenMP-Fortran. |
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dc.language |
por |
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dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
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dc.rights |
Acesso Aberto |
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dc.subject |
Método de partículas de Temperatura |
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dc.subject |
Método dos painéis |
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dc.subject |
Carregamentos fluidodinâmicos |
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dc.subject |
Forças de flutuabilidade |
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dc.subject |
Modelagem de turbulência tipo LES |
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dc.subject |
Modelo de rugosidade superficial |
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dc.title |
Investigação do escoamento ao redor de um corpo rombudo de parede hidraulicamente rugosa e que troca calor com o meio fluido: simulação numérica utilizando o método de partículas de temperatura |
pt_BR |
dc.type |
Dissertação |
pt_BR |
dc.date.available |
2025-08-25 |
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dc.date.available |
2025-08-25T14:23:38Z |
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dc.date.accessioned |
2025-08-25T14:23:38Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/7169948562566972 |
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dc.contributor.advisor1 |
PEREIRA, Luiz Antonio Alcântara |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/4661027552048116 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
Este trabalho investiga escoamentos bidimensionais com número de Reynolds subcrítico ao redor
de um cilindro circular com superfície rugosa e mantida aquecida a uma temperatura constante;
as análises ainda incluem mecanismos de transferência de calor por convecção mista. A
técnica numérica utilizada discretiza o campo de vorticidades e o calor utilizando partículas, o
que caracteriza uma descrição puramente lagrangiana.O trabalho contribui com a literatura científica
de duas maneiras: i) implementação de um algoritmo acelerador para incorporar modelagem
de turbulência do tipo LES para o campo de temperaturas, e ii) proposição de um modelo
de rugosidade superficial para a camada limite térmica. Esta segunda contribuição é viabilizada
pela modelagem de turbulência do tipo LES, permitindo que os efeitos rugosos interfiram no
comportamento dos coeficientes de pressão, arrasto e sustentação, no ângulo de separação da
camada limite e na transferência de calor para o meio fluido adotando-se diferentes alturas de
rugosidade superficial média. Estes parâmetros são de grande interesse em projetos de engenharia
envolvendo diversos aparatos sujeitos a escoamentos nos quais há troca de calor com o
meio fluido. As simulações foram realizadas para número de Reynolds Re = 100.000, número
de Prandtl Pr = 0,71, e alturas de rugosidade superficial média de ε/D = 0,001 e 0,007. Os resultados
mostraram que a transferência de calor por convecção mista impacta nos carregamentos
fluidodinâmicos de modo complexo aumentando o coeficiente de arrasto e a transferência de
calor via comportamento do número de Nusselt. Para este último adimensional, o valor obtido
para a simulação no caso de parede hidraulicamente lisa apresentou uma maior diferença em relação
ao valor experimental, mostrando a necessidade de se realizar um balanço de energia mais
detalhado na camada limite térmica. Ao se incluírem efeitos rugosos, entretanto, observou-se
o aumento no valor do número de Nusselt na mesma proporção dos resultados experimentais,
indicando que o novo modelo de rugosidade bidimensional é sensível e fornece resultados fisicamente
consistentes. Os três tipos característicos de interações entre partículas consomem
um elevado tempo computacional, o que também exigiu o uso de processamento paralelo no
ambiente OpenMP- Fortran. |
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dc.publisher.country |
Brasil |
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dc.publisher.department |
IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
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dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica |
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dc.publisher.initials |
UNIFEI |
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dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
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