Soluções híbridas dos problemas de transferência simultânea de calor e massa com fronteira móvel VIA GITT
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/28096 |
Resumo: | This work presents an analytical-numerical hybrid solution for the simultaneous transfer of heat and mass in horizontal and vertical absorbers with a fully developed constant velocity profile, using rectangular and cylindrical coordinates, respectively. These problems were solved using the Generalized Integral Transform Technique using a change of variable to determine the film thickness. This technique allowed analytical manipulations of the systems of partial differential equations and used filters in their boundary conditions, to make the problem homogeneous, in order to produce systems of ordinary differential equations for the transformed potentials. An integral balance was applied to allow coherent results of the potentials and their flows in the boundary conditions. The mathematical model used the heat transfer equation subject to the Robin boundary condition (third type) and the mass transfer equation subject to the Neumann boundary condition (second type), to calculate the heat and mass transfer rates varying the Biot number and the coupling factor. To validate the proposed model, several situations were simulated: Bi=0.001 (adiabatic wall), Bi=0.1,1,2,5 and 10 (intermediate cases) and Bi=1000 (isothermal wall). The temperature and concentration profiles were also determined and compared with results available in the literature, obtaining good results. A parametric study was carried out with a simulation tool based on the model presented. This study highlights that varying the Biot number shows that the influence in the thermal field is greater than in the concentration field, while varying the coupling factor shows that the influence in the concentration field is greater than in the temperature field. |
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Soluções híbridas dos problemas de transferência simultânea de calor e massa com fronteira móvel VIA GITTEngenharia MecânicaTransferência de Calor e de MassaFilme DescendenteNúmero de BiotBalanço IntegralTécnica de Transformação Integral GeneralizadaFalling FilmBiot NumberGeneralized Integral Transformation TechniqueIntegral BalanceSimultaneous Heat and Mass TransferCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAThis work presents an analytical-numerical hybrid solution for the simultaneous transfer of heat and mass in horizontal and vertical absorbers with a fully developed constant velocity profile, using rectangular and cylindrical coordinates, respectively. These problems were solved using the Generalized Integral Transform Technique using a change of variable to determine the film thickness. This technique allowed analytical manipulations of the systems of partial differential equations and used filters in their boundary conditions, to make the problem homogeneous, in order to produce systems of ordinary differential equations for the transformed potentials. An integral balance was applied to allow coherent results of the potentials and their flows in the boundary conditions. The mathematical model used the heat transfer equation subject to the Robin boundary condition (third type) and the mass transfer equation subject to the Neumann boundary condition (second type), to calculate the heat and mass transfer rates varying the Biot number and the coupling factor. To validate the proposed model, several situations were simulated: Bi=0.001 (adiabatic wall), Bi=0.1,1,2,5 and 10 (intermediate cases) and Bi=1000 (isothermal wall). The temperature and concentration profiles were also determined and compared with results available in the literature, obtaining good results. A parametric study was carried out with a simulation tool based on the model presented. This study highlights that varying the Biot number shows that the influence in the thermal field is greater than in the concentration field, while varying the coupling factor shows that the influence in the concentration field is greater than in the temperature field.Este trabalho apresenta uma solução híbrida analítico-numérica para a transferência simultânea de calor e massa em absorvedores horizontal e vertical com perfil de velocidade constante completamente desenvolvido, usando coordenadas retangulares e cilíndricas, respectivamente. Esses problemas foram resolvidos por meio da Técnica da Transformada Integral Generalizada usando uma mudança de variável para determinação da espessura do filme. Esta técnica permitiu manipulações analíticas dos sistemas de equações diferenciais parciais e utilizou filtros nas suas condições de contorno, para tornar o problema homogêneo, com objetivo de produzir sistemas de equações diferenciais ordinários para os potenciais transformados. Foi aplicado um balanço integral para permitir resultados coerentes dos potenciais e seus fluxos nas condições de contorno. O modelo matemático utilizou a equação de transferência de calor sujeita à condição de contorno de Robin (terceiro tipo) e na equação de transferência de massa sujeita à condição de contorno de Neumann (segundo tipo), para calcular as taxas de transferência de calor e massa variando o número de Biot e o fator de acoplamento. Para validar o modelo proposto, foram simuladas várias situações: Bi=0,001 (parede adiabática), Bi=0.1,1,2,5 e 10 (casos intermediários) e Bi=1000 (parede isotérmica). Os perfis de temperatura e concentração também foram determinados e comparados com resultados disponíveis na literatura, obtendo-se bons resultados. Foi realizado um estudo paramétrico com uma ferramenta de simulação baseada no modelo apresentado. Este estudo destaca que variando o número de Biot, verifica-se que a influência no campo térmico é maior que no campo de concentração, enquanto variando o fator de acoplamento mostra que a influência no campo de concentração é maior que no campo de temperatura.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBSantos, Carlos Antonio Cabral doshttp://lattes.cnpq.br/9774109887296955Medeiros, Marinaldo José de2023-08-29T13:12:20Z2023-02-282023-08-29T13:12:20Z2022-09-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/28096porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2023-08-30T06:33:53Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/28096Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2023-08-30T06:33:53Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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This work presents an analytical-numerical hybrid solution for the simultaneous transfer of heat and mass in horizontal and vertical absorbers with a fully developed constant velocity profile, using rectangular and cylindrical coordinates, respectively. These problems were solved using the Generalized Integral Transform Technique using a change of variable to determine the film thickness. This technique allowed analytical manipulations of the systems of partial differential equations and used filters in their boundary conditions, to make the problem homogeneous, in order to produce systems of ordinary differential equations for the transformed potentials. An integral balance was applied to allow coherent results of the potentials and their flows in the boundary conditions. The mathematical model used the heat transfer equation subject to the Robin boundary condition (third type) and the mass transfer equation subject to the Neumann boundary condition (second type), to calculate the heat and mass transfer rates varying the Biot number and the coupling factor. To validate the proposed model, several situations were simulated: Bi=0.001 (adiabatic wall), Bi=0.1,1,2,5 and 10 (intermediate cases) and Bi=1000 (isothermal wall). The temperature and concentration profiles were also determined and compared with results available in the literature, obtaining good results. A parametric study was carried out with a simulation tool based on the model presented. This study highlights that varying the Biot number shows that the influence in the thermal field is greater than in the concentration field, while varying the coupling factor shows that the influence in the concentration field is greater than in the temperature field. |
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