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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/18761
Tipo: | Tese |
Título: | Análise teórica da convecção forçada na entrada térmica de fluidos participantes em dutos, considerando os efeitos simultâneos da radiação e da condução axial |
Autor(es): | Veloso, Dhiego Luiz de Andrade |
Primeiro Orientador: | Santos, Carlos Antônio Cabral dos |
Resumo: | Muitas aplicações de engenharia são capazes de produzir gases de escape com alta temperatura, tornando a análise do escoamento de fluidos participantes relevante e necessária em diversas situações, tais como: caldeiras flamotubulares, sistemas de propulsão, motores turboalimentados, entre outros. O presente trabalho visa analisar a transferência de calor no escoamento laminar e turbulento de fluidos participantes no interior de dutos circulares e retangulares. Trata-se de um problema de transferência simultânea de calor por convecção e radiação, hidrodinamicamente desenvolvido e termicamente em desenvolvimento. O fluido é tratado como cinzento, puramente absorvedor e emissor de radiação térmica. A parede do duto é considerada cinza e perfeitamente difusa, sendo mantida à temperatura constante. Utiliza-se, no presente estudo, uma aproximação diferencial para modelar a transferência radiativa, baseada no método dos momentos, em conformidade com alguns trabalhos encontrados na literatura especializada. Aplica-se um método híbrido, numérico-analítico, denominado Técnica de Transformada Integral Generalizada (GITT), para resolver simultaneamente a equação da energia e a equação de transferência radiativa. Os resultados, apresentados na forma de tabelas e gráficos, permitem analisar a influência que os parâmetros condução-radiação, espessura óptica, emissividades da superfície de contorno, número de Peclet, número de Prandtl e número de Reynolds exercem no campo de temperatura e nos números de Nusselt Convectivo, Radiativo e Total. Investiga-se a significância da radiação térmica e o comportamento do processo convectivo com e sem a inclusão da radiação. No estudo do escoamento laminar, utilizam-se três modelagens matemáticas distintas para a solução do problema, que são comparadas entre si e demonstram a versatilidade da GITT. Na análise do escoamento turbulento, diferentes modelos de turbulência são adotados, com diferentes formulações para a distribuição de velocidade e para a difusividade turbulenta dinâmica; quatro situações são analisadas, baseadas em expressões analíticas propostas para o perfil universal de velocidade – “Lei da Parede”. Os resultados obtidos no presente trabalho foram confrontados com existentes na literatura aberta, de forma a validar o modelo apresentado. |
Abstract: | Many engineering applications are capable of producing high temperature exhaust gases, making analysis of the flow of participating fluids relevant and necessary in different situations, such as: boilers fire-pipes, propulsion systems, turbocharged engines, among others. The present work aims to analyze the heat transfer in laminar and turbulent flow of participating fluids inside circular and rectangular ducts. It is a problem of simultaneous heat transfer by convection and radiation, hydrodynamically developed and thermally developing. The fluid is treated as gray, purely absorber and emitter of thermal radiation. The duct wall is considered gray and perfectly diffused, being maintained at constant temperature. In the present study, a differential approximation is used to model radiative transference, based on the method of moments, in accordance with some works found in the specialized literature. A hybrid method, numerical-analytical, called Generalized Integral Transformation Technique (GITT), is applied to simultaneously solve the energy equation and the radiative transfer equation. The results, presented in the form of tables and graphs, allow to analyze the influence that the parameters conduction-radiation, optical thickness, contour surface emissivity, Peclet number, Prandtl number and Reynolds number exert in the temperature field and in the Convective, Radiative and Total Nusselt numbers. The significance of the thermal radiation and the behavior of the convective process with and without the inclusion of the radiation is investigated. In the study of laminar flow, three different mathematical models are used to solve the problem, which are compared to each other and demonstrate the versatility of the GITT. In the analysis of the turbulent flow, different turbulence models will be adopted, with different formulations for velocity distribution and for the momentum eddy diffusivity; four situations will be analyzed, based on analytical expressions proposed for the universal velocity profile - "Law of the Wall". The results obtained in the present work were confronted with existing ones in the open literature, in order to validate the presented model. |
Palavras-chave: | Fluidos participantes GITT Campo de temperatura Nusselt Participating fluids Temperature field |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Engenharia Mecânica |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/18761 |
Data do documento: | 31-Jan-2019 |
Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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