Investigação numérica da convecção natural de fluido de Bingham em cavidade fechada preenchida com meio poroso
In the present study is investigated numerically the natural convection process of fluid with yield stress modeled as Bingham fluid in closed cavities filled with porous medium.The problem is solved as two-dimensional laminar in steady state with differentially heated vertical walls and adiabatic ho...
| Autor principal: | Santos, Paulo Rutemberg Madeira |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2020
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5112 |
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riut-1-51122020-08-07T06:03:17Z Investigação numérica da convecção natural de fluido de Bingham em cavidade fechada preenchida com meio poroso Santos, Paulo Rutemberg Madeira Franco, Admilson Teixeira http://lattes.cnpq.br/3561428456009236 Souza, Alan Lugarini de http://lattes.cnpq.br/0535680410226248 Franco, Admilson Teixeira http://lattes.cnpq.br/3561428456009236 Lage, José Luis http://lattes.cnpq.br/4613427691850121 Junqueira, Silvio Luiz de Mello http://lattes.cnpq.br/2213804390733564 Dinâmica dos fluidos - Medição Calor - Convecção natural Porosidade Viscosidade Meios de transferência de calor Reologia Fluid dynamics - Measurement Heat - Convection, Natural Porosity Viscosity Heat-transfer media Rheology CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR Engenharia Mecânica In the present study is investigated numerically the natural convection process of fluid with yield stress modeled as Bingham fluid in closed cavities filled with porous medium.The problem is solved as two-dimensional laminar in steady state with differentially heated vertical walls and adiabatic horizontal surfaces. In order to investigate the effects of some significant parameters describing the flow field and heat transfer, the Prandtl number is fixed as 500, the number of solid blocks within the cavity is set to range as 16,36 e 64, Rayleigh number is valued as 10 4 <= Ra <= 10 7 , the Bingham number from 0,001 to 1 and two porosity values for the porous medium, Φ = 0,36 e 0,64 and 0,64, are used. As the Rayleigh number increases, the average Nusselt number increases significantly. However, the effects are less significant for Bingham fluid with higher degree of viscoplasticity. For high Bingham numbers, the Nusselt number decreases to a limit value, which depends on the ratio fluid and solid of thermal conductivities, the number of blocks near the walls, and the porosity, where this value characterizes heat transfer purely by conduction. Results are presented in the form of streamlines, isotherms, velocity and dimensionless temperature in the mean horizontal plane, local Nusselt number and the average Nusselt number in the heated wall. With the increase in the number of blocks and the decrease in porosity, a pattern is observed in the appearance of unyielded regions within the cavity. The influence of nondimensional parameters (Rayleigh and Bingham numbers) is presented in diagrams that allow for the observation of the region where the fluid is static or moving. Finally, correlations for the maximum Bingham number and average Nusselt in the heated wall are obtained for each geometry. Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) No presente estudo é investigado numericamente o processo de convecção natural de fluido com tensão limite de escoamento modelado como fluido de Bingham em cavidades fechadas preenchidas com meio poroso. O problema é modelado como laminar bidimensional em regime permanente com paredes verticais aquecidas diferencialmente e superfícies horizontais adiabáticas. Com o intuito de investigar os efeitos dos parâmetros significativos que descrevem o campo de escoamento e a transferência de calor. O número de Prandtl é fixado em 500, o número de blocos dentro da cavidade N varia entre 16 ,36 e 64 , o número de Rayleigh é avaliado na faixa entre 10 4 <= Ra <= 10 7 , o número de Bingham é avaliado na faixa entre 0,001 até 1 e dois valores de porosidade Φ = 0,36 e 0,64 são utilizados. Constata-se que à medida que o número de Rayleigh aumenta, o número de Nusselt médio aumenta significativamente, no entanto, os efeitos são menos significativos para o fluido de Bingham com maior grau de viscoplasticidade. Para os maiores números de Bingham, o número de Nusselt diminui, atingindo um valor limite, que depende da razão das condutividades térmicas do fluido e sólido, da quantidade de blocos próximos as paredes ativas e da porosidade, esse valor limite caracteriza a transferência de calor puramente por condução. Os resultados são apresentados na forma de linhas de corrente, isotermas, velocidade e temperatura adimensional no plano horizontal médio, número de Nusselt local e pelo número de Nusselt médio na parede aquecida. Com o aumento do número de blocos e a diminuição da porosidade, observa-se um padrão no surgimento das regiões não cisalhadas dentro da cavidade. A influência de parâmetros adimensionais (número de Rayleigh e Bingham) é apresentada em diagramas que permitem a observação da região onde o fluido se encontra com e sem a presença de deformação. Finalmente, correlações para o número de Bingham máximo e Nusselt médio na parede aquecida são obtidas para cada geometria. 2020-08-06T20:56:31Z 2020-08-06T20:56:31Z 2019-12-13 masterThesis SANTOS, Paulo Rutemberg Madeira. Investigação numérica da convecção natural de fluido de Bingham em cavidade fechada preenchida com meio poroso. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5112 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Dinâmica dos fluidos - Medição Calor - Convecção natural Porosidade Viscosidade Meios de transferência de calor Reologia Fluid dynamics - Measurement Heat - Convection, Natural Porosity Viscosity Heat-transfer media Rheology CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR Engenharia Mecânica |
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Dinâmica dos fluidos - Medição Calor - Convecção natural Porosidade Viscosidade Meios de transferência de calor Reologia Fluid dynamics - Measurement Heat - Convection, Natural Porosity Viscosity Heat-transfer media Rheology CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR Engenharia Mecânica Santos, Paulo Rutemberg Madeira Investigação numérica da convecção natural de fluido de Bingham em cavidade fechada preenchida com meio poroso |
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In the present study is investigated numerically the natural convection process of fluid with yield stress modeled as Bingham fluid in closed cavities filled with porous medium.The problem is solved as two-dimensional laminar in steady state with differentially heated vertical walls and adiabatic horizontal surfaces. In order to investigate the effects of some significant parameters describing the flow field and heat transfer, the Prandtl number is fixed as 500, the number of solid blocks within the cavity is set to range as 16,36 e 64, Rayleigh number is valued as 10 4 <= Ra <= 10 7 , the Bingham number from 0,001 to 1 and two porosity values for the porous medium, Φ = 0,36 e 0,64 and 0,64, are used. As the Rayleigh number increases, the average Nusselt number increases significantly. However, the effects are less significant for Bingham fluid with higher degree of viscoplasticity. For high Bingham numbers, the Nusselt number decreases to a limit value, which depends on the ratio fluid and solid of thermal conductivities, the number of blocks near the walls, and the porosity, where this value characterizes heat transfer purely by conduction. Results are presented in the form of streamlines, isotherms, velocity and dimensionless temperature in the mean horizontal plane, local Nusselt number and the average Nusselt number in the heated wall. With the increase in the number of blocks and the decrease in porosity, a pattern is observed in the appearance of unyielded regions within the cavity. The influence of nondimensional parameters (Rayleigh and Bingham numbers) is presented in diagrams that allow for the observation of the region where the fluid is static or moving. Finally, correlations for the maximum Bingham number and average Nusselt in the heated wall are obtained for each geometry. |
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SANTOS, Paulo Rutemberg Madeira. Investigação numérica da convecção natural de fluido de Bingham em cavidade fechada preenchida com meio poroso. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. |
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