Simulação numérica do escoamento turbulento em canal composto
Compound channels are characterized by having main channels, wider regions where the fluid flows axially more easily, and narrower regions (gaps) where the fluid is decelerated due to the viscous effects. In order to determine the heat transfer coefficients in these channels it is necessary to un...
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| Autor principal: | |
|---|---|
| Outros Autores: | |
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | por |
| Publicado em: |
Brasil
|
| Assuntos: | |
| Endereço do item: | https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/23691 |
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Repositório Institucional |
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Simulação numérica Estruturas coerentes Transferência de calor Número de Nusselt Coeficiente de atrito CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
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Simulação numérica Estruturas coerentes Transferência de calor Número de Nusselt Coeficiente de atrito CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA Aoyama, Guilherme Keiti Simulação numérica do escoamento turbulento em canal composto |
| description |
Compound channels are characterized by having main channels, wider regions
where the fluid flows axially more easily, and narrower regions (gaps) where the fluid
is decelerated due to the viscous effects. In order to determine the heat transfer
coefficients in these channels it is necessary to understand the behavior of the
turbulent flows in them, but this remains a challenge for engineering. These channels
have, in addition to axial flow parallel to the channel, a cross flow velocity in the gap
region that are associated with large scale structures called coherent structures.
Thus, the goal of this work is to compare the effects on the appearance of coherent
structures of large scale and its consequences for the flow in dynamic and thermal
characteristics. To accomplish this, the same geometry used in the experimental
works was applied, which is composed of a rectangular channel with an internal tube
of diameter D and it is located at a distance W/D from the lower wall of the channel.
The fluid flows axially only on the outside of the tube. In total, five different cases
were analyzed, modifying only the W/D ratio (gap distance). To examine the
characteristics of the turbulent flow inside this channel, ANSYS CFX13 with SASSST
turbulence model was applied. The results showed that the W/D ratio increase
also caused an increase in the values of the Thermal Performance Factor. This factor
is a relationship between the Nusselt number and the friction factor, and the higher
its value, better is the thermal performance of the channel. In relation to the coherent
structures, in the channels in which they arise, they have a great influence on the
flows, since these structures end up raising the local values of heat transfer and
friction coefficients, making this phenomenon indispensable in projects and safety
analyzes of equipment with gap. |
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Souza, Sandi Itamar Schafer de |
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Souza, Sandi Itamar Schafer de Aoyama, Guilherme Keiti |
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ri-123456789-236912017-11-05T02:25:49Z Simulação numérica do escoamento turbulento em canal composto Aoyama, Guilherme Keiti Souza, Sandi Itamar Schafer de http://lattes.cnpq.br/0639816838447834 http://lattes.cnpq.br/7400466085627528 Sanches, Fábio Dalmazzo http://lattes.cnpq.br/2231659567413659 Goulart, Jhon Nero Vaz http://lattes.cnpq.br/7863382021033244 Bessa, Kleiber Lima de http://lattes.cnpq.br/3825553608740400 Simulação numérica Estruturas coerentes Transferência de calor Número de Nusselt Coeficiente de atrito CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA Compound channels are characterized by having main channels, wider regions where the fluid flows axially more easily, and narrower regions (gaps) where the fluid is decelerated due to the viscous effects. In order to determine the heat transfer coefficients in these channels it is necessary to understand the behavior of the turbulent flows in them, but this remains a challenge for engineering. These channels have, in addition to axial flow parallel to the channel, a cross flow velocity in the gap region that are associated with large scale structures called coherent structures. Thus, the goal of this work is to compare the effects on the appearance of coherent structures of large scale and its consequences for the flow in dynamic and thermal characteristics. To accomplish this, the same geometry used in the experimental works was applied, which is composed of a rectangular channel with an internal tube of diameter D and it is located at a distance W/D from the lower wall of the channel. The fluid flows axially only on the outside of the tube. In total, five different cases were analyzed, modifying only the W/D ratio (gap distance). To examine the characteristics of the turbulent flow inside this channel, ANSYS CFX13 with SASSST turbulence model was applied. The results showed that the W/D ratio increase also caused an increase in the values of the Thermal Performance Factor. This factor is a relationship between the Nusselt number and the friction factor, and the higher its value, better is the thermal performance of the channel. In relation to the coherent structures, in the channels in which they arise, they have a great influence on the flows, since these structures end up raising the local values of heat transfer and friction coefficients, making this phenomenon indispensable in projects and safety analyzes of equipment with gap. Canais compostos são caracterizados por possuírem canais principais, regiões mais largas onde o fluido escoa axialmente com maior facilidade, e canais secundários (fendas) que são regiões mais estreitas onde o fluido é desacelerado devido aos efeitos viscosos. Para determinar os coeficientes de transferência de calor e de atrito nos canais compostos é necessário entender o comportamento dos escoamentos turbulentos que ocorrem neles, porém isto continua sendo um desafio para a engenharia. Estes canais apresentam, além do fluxo axial paralelo ao canal, flutuações na velocidade transversal que estão associadas a estruturas de grande escala denominadas de estruturas coerentes. Assim, neste trabalho buscou-se analisar os efeitos do aparecimento dessas estruturas e as suas consequências para o escoamento, tanto na parte dinâmica como na térmica. Para isto foi utilizado uma geometria empregada em trabalhos experimentais, que é composta por um canal retangular com um tubo interno, de diâmetro D, que está a uma distância W/D da parede inferior do canal. O fluido escoa axialmente apenas na parte externa do tubo. No total foram analisados cinco casos, modificando apenas a relação W/D (espaçamento da fenda). Para examinar as características do escoamento turbulento no interior deste canal, empregou-se o pacote ANSYS CFX 13 com o modelo de turbulência SAS-SST. Os resultados mostraram que quanto maior a relação W/D, mais elevados foram os valores do Fator de Desempenho Térmico. Este fator é uma relação entre o número de Nusselt e o fator de atrito e, quanto maior seu valor, melhor é o desempenho térmico do canal. Em relação as estruturas coerentes, nos canais em que surgiram, elas têm uma grande influência sobre os escoamentos, já que essas estruturas acabam elevando os valores locais dos coeficientes de transferência de calor e de atrito superficial, o que torna esse fenômeno indispensável nos projetos e análises de segurança de equipamentos que possuem fendas. 2017-08-03T19:57:19Z 2017-08-03T19:57:19Z 2017-03-27 masterThesis AOYAMA, Guilherme Keiti. Simulação numérica do escoamento turbulento em canal composto. 2017. 116f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/23691 por Acesso Aberto application/pdf Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA |