Solução numérica e implementação computacional da equação de difusão usando coordenadas generalizadas tridimensionais: aplicação na secagem de telhas ornamentais.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG |
Texto Completo: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/27999 |
Resumo: | Este trabalho tem por objetivo estudar teórica e experimentalmente o processo de difusão em três dimensões, para sólidos de forma arbitrária. O estudo apresenta soluções analíticas e numéricas da equação de difusão na descrição do transporte da grandeza de interesse para a condição de contorno do terceiro tipo. As ferramentas analíticas consideraram o produto com a forma de paralelepípedo, enquanto a solução numérica foi desenvolvida para sólidos com forma genérica. Para utilizar o método numérico, a solução da equação de difusão tridimensional foi discretizada usando o método dos volumes finitos, com uma formulação totalmente implícita, usando coordenadas generalizadas. Um código computacional desenvolvido em FORTRAN, usando o estúdio CVF 6.6.0 foi utilizado e os resultados acoplados ao software LS Optimizer para fazer a simulação, a partir de dados experimentais de secagem. Assim, foram determinados o coeficiente de difusão efetivo em função da razão de umidade para várias funções e também o valor do coeficiente de transferência convectivo. As ferramentas foram aplicadas à secagem de telhas cerâmicas para quatro condições experimentais. Os resultados mostraram que, ao se aumentar a temperatura ou a velocidade do fluxo de ar de secagem ou ambas, o tempo do processo diminui. Para as temperaturas e velocidades estudadas, as cinéticas de secagem apresentaram resultados coerentes do ponto de vista físico, em se tratando de um processo de secagem. Os valores dos coeficientes difusivos e de transferências convectivos foram obtidos com as incertezas e podem ser considerados estatisticamente coerentes. Em adição a isto, a análise e comparação dos resultados com dados reportados na literatura, para casos similares, mostraram que a solução apresentada forneceu resultados coerentes para todos os casos investigados. |
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Solução numérica e implementação computacional da equação de difusão usando coordenadas generalizadas tridimensionais: aplicação na secagem de telhas ornamentais.Numerical solution and computational implementation of the diffusion equation using three-dimensional generalized coordinates: application in the drying of ornamental tiles.Telhas ornamentais - secagemSolução numéricaEquação de difusãoCoordenadas generalizadas tridimensionaisGeometria complexaLS OptimizerMalhas estruturadasDifusividade variávelMateriais cerâmicos - secagemEquação de transporteOrnamental tiles - dryingNumerical solutionDiffusion equationGeneralized three-dimensional coordinatesComplex geometryLS OptimizerStructured meshesVariable diffusivityCeramic materials - dryingTransport equationEngenharia de Processos.Este trabalho tem por objetivo estudar teórica e experimentalmente o processo de difusão em três dimensões, para sólidos de forma arbitrária. O estudo apresenta soluções analíticas e numéricas da equação de difusão na descrição do transporte da grandeza de interesse para a condição de contorno do terceiro tipo. As ferramentas analíticas consideraram o produto com a forma de paralelepípedo, enquanto a solução numérica foi desenvolvida para sólidos com forma genérica. Para utilizar o método numérico, a solução da equação de difusão tridimensional foi discretizada usando o método dos volumes finitos, com uma formulação totalmente implícita, usando coordenadas generalizadas. Um código computacional desenvolvido em FORTRAN, usando o estúdio CVF 6.6.0 foi utilizado e os resultados acoplados ao software LS Optimizer para fazer a simulação, a partir de dados experimentais de secagem. Assim, foram determinados o coeficiente de difusão efetivo em função da razão de umidade para várias funções e também o valor do coeficiente de transferência convectivo. As ferramentas foram aplicadas à secagem de telhas cerâmicas para quatro condições experimentais. Os resultados mostraram que, ao se aumentar a temperatura ou a velocidade do fluxo de ar de secagem ou ambas, o tempo do processo diminui. Para as temperaturas e velocidades estudadas, as cinéticas de secagem apresentaram resultados coerentes do ponto de vista físico, em se tratando de um processo de secagem. Os valores dos coeficientes difusivos e de transferências convectivos foram obtidos com as incertezas e podem ser considerados estatisticamente coerentes. Em adição a isto, a análise e comparação dos resultados com dados reportados na literatura, para casos similares, mostraram que a solução apresentada forneceu resultados coerentes para todos os casos investigados.This work has the objective to study theoretically and experimentally the diffusion process in three dimensions, for solids of arbitrary form. The study presents numerical and analytical solutions of the diffusion equation in the description of the transport of the greatness of interest for the boundary condition of the third type. The analytical tools consider the product with the parallelepiped form, while the numerical solution was developed for generically form solids. To use the numerical method, the solution of the three-dimensional diffusion equation was discretized using the finite volume method, with a fully implicit formulation, using generalized coordinates. A computational code developed in FORTRAN, using the CVF 6.6.0 studio was used and the results coupled to the software LS Optimizer to make the simulation, from experimental data of drying. Thus, the effective diffusion coefficient was determined as a function of the moisture ratio for several functions and also the value of the convective transfer coefficient. The tools were applied to the drying of ceramic tiles for four experimental conditions. The results have shown that by increasing the temperature or the speed of the drying air flow or both, the process time decreases. For the temperatures and speeds studied, the drying kinetics presented physically coherent results in the drying process. The values of the diffusive coefficients and convective transfers were obtained with the uncertainties and can be considered statistically coherent. In addition to this, the analysis and comparison of the results with data reported in the literature, for similar cases, showed that the presented solution provided coherent results for all cases investigated.Universidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Ciências e Tecnologia - CCTPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PROCESSOSUFCGFARIAS, Vera Solange de Oliveira.FARIAS, V. S. O.http://lattes.cnpq.br/0923353123868517SILVA, Cleide Maria Diniz Pereira da Silva e.LINS, Marcos Antônio Amaral.ATAÍDE, Jair Stefanini Pereira de.SILVA JÚNIOR, Aluízio Freire da.ARAÚJO, Luis Felipe de.2018-08-302022-11-24T22:35:50Z2022-11-242022-11-24T22:35:50Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/27999ARAÚJO, Luis Felipe de. Solução numérica e implementação computacional da equação de difusão usando coordenadas generalizadas tridimensionais: aplicação na secagem de telhas ornamentais. 2018. 290f. (Tese de Doutorado) Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2018. 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