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dc.creatorLavarda, Jairo Vinícius-
dc.date.accessioned2015-06-25T19:26:48Z-
dc.date.available2015-06-25T19:26:48Z-
dc.date.issued2015-03-20-
dc.identifier.citationLAVARDA, Jairo Vinícius. Convecção natural de fluidos de lei de potência e de Bingham em cavidade fechada preenchida com meio heterogêneo. 2015. 128 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1306-
dc.description.abstractMany studies have been carried out in square enclosures with generalized Newtonian fluids with natural convection in past few years for directly applications in compact heat exchangers, cooling of electronics systems and polymeric engineering. The natural convection in square enclosures with differently heated sidewalls, filled with power-law and Bingham fluids in addition with heterogeneous medium and centered block are analyzed in this study. The heterogeneous medium are solid, square, disconnected and conducting blocks. The parameters used are the Rayleigh number in the range 104 - 107 , power index n range of 0, 6 - 1, 6, Bingham number range of 0, 5 - Bimax , being the influence of Prandtl number investigated for each fluid model. The number of blocks for heterogeneous medium are 9, 16, 36 and 64, keeping constant solid to fluid conductive ratio, κ = 1. For enclosures with centered block are used the nondimensional block size from 0, 1 to 0, 9, with solid to fluid conductive ratio in range κ = 0, 1; 1 and 10. Mathematical modeling is done by mass, momentum and energy balance equations. The solution of equations have been numerically solved in ANSYS FLUENT R software. Firstly, numerical solutions for validation with Newtonian fluids in clean enclosures are conducted, followed by enclosures with heterogeneous medium and centered block. Subsequently, numerical solutions of power-law and Bingham fluids with same enclosures configurations are conducted. The results are reported in the form of streamlines, isotherms and average Nusselt number at hot wall. In general, the heat transfer process in enclosure is governed by Rayleigh number, size and thermal conductivity of the blocks, power index n for power-law fluid and Bingham number for Bingham fluid. Both fluid models are very sensitive with Prandtl number changes. Heterogeneous medium decrease heat transfer in enclosure when affects thermal boundary layer for both fluid models. One analytical prediction was made for power-law fluid. An increase in heat transfer occurs with low thermal conductivity block and few interference and with high thermal conductivity block and great interference, for both fluids.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPESpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.subjectCalor - Convecção naturalpt_BR
dc.subjectCalor - Transmissãopt_BR
dc.subjectFluidos newtonianospt_BR
dc.subjectFluidos não-newtonianospt_BR
dc.subjectFluidodinâmica computacionalpt_BR
dc.subjectMateriais porosospt_BR
dc.subjectDinâmica dos fluidospt_BR
dc.subjectModelos matemáticospt_BR
dc.subjectSimulação (Computadores)pt_BR
dc.subjectEngenharia térmicapt_BR
dc.subjectEngenharia mecânicapt_BR
dc.subjectHeat - Convection, Naturalpt_BR
dc.subjectHeat - Transmissionpt_BR
dc.subjectNewtonian fluidspt_BR
dc.subjectNon-Newtonian fluidspt_BR
dc.subjectComputational fluid dynamicspt_BR
dc.subjectPorous materialspt_BR
dc.subjectFluid dynamicspt_BR
dc.subjectMathematical modelspt_BR
dc.subjectComputer simulationpt_BR
dc.subjectHeat engineeringpt_BR
dc.subjectMechanical engineeringpt_BR
dc.titleConvecção natural de fluidos de lei de potência e de Bingham em cavidade fechada preenchida com meio heterogêneopt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.description.resumoVários estudos numéricos investigaram cavidades fechadas sob o efeito da convecção natural preenchidas com fluidos newtonianos generalizados (FNG) nos últimos anos pelas aplicações diretas em trocadores de calor compactos, no resfriamento de sistemas eletrônicos e na engenharia de polímeros. Neste trabalho é realizada a investigação numérica do processo de convecção natural de fluidos de lei de Potência e de Bingham em cavidades fechadas, aquecidas lateralmente e preenchidas com meios heterogêneos e bloco centrado. O meio heterogêneo é constituído de blocos sólidos, quadrados, desconectados e condutores de calor. Como parâmetros são utilizados a faixa de Rayleigh de 104 à 107, índice de potência n de 0, 6 à 1, 6, número de Bingham de 0, 5 até Bimax , sendo investigado da influência do número de Prandtl para cada modelo de fluido. Nas cavidades com meio heterogêneo são utilizadas as quantidades de blocos de 9, 16, 36 e 64, mantendo-se a razão entre a condutividade térmica do sólido e do fluido κ = 1. Para as cavidades com bloco centrado, são utilizados os tamanhos adimensionais de 0, 1 à 0, 9 com κ = 0, 1; 1 e 10. A modelagem matemática é realizada pelas equações de balanço de massa, de quantidade de movimento e de energia. As simulações são conduzidas no programa comercial ANSYS FLUENT R . Inicialmente são resolvidos problemas com fluidos newtonianos em cavidade limpa, seguida de cavidade preenchida com meio heterogêneo e posteriormente bloco centrado para validação da metodologia de solução. Na segunda etapa é realizada o estudo com os modelos de fluidos de lei de Potência e de Bingham seguindo a mesma sequência. Os resultados são apresentados na forma de linhas de corrente, isotermas e pelo número de Nusselt médio na parede quente. De maneira geral, a transferência de calor na cavidade é regida pelo número de Rayleigh, tamanho e condutividade térmica dos blocos, pelo índice de potência para o modelo de lei de Potência e do número de Bingham para o modelo de Bingham. O número de Prandtl tem grande influência nos dois modelos de fluidos. O meio heterogêneo reduz a transferência de calor na cavidade quando interfere na camada limite térmica para ambos os fluidos, sendo feita uma previsão analítica para o fluido de lei de Potência. Para bloco centrado, a interferência na camada limite com fluido de lei de Potência também foi prevista analiticamente. A transferência de calor aumentou com bloco de baixa condutividade térmica e pouca interferência e com bloco de alta condutividade térmica e grande interferência, para ambos os fluidos.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.degree.levelMestradopt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.contributor.advisor1Franco, Admilson Teixeira-
dc.contributor.advisor-co1Junqueira, Silvio Luiz de Mello-
dc.contributor.advisor-co1Lage, José Luis-
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiaispt_BR
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