Estudo numérico e experimental de mudança de fase em torno de tubos aletados axialmente  

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nóbrega, Claudia Rosa do Espírito Santo, 1985-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638020
Resumo: Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail
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spelling Estudo numérico e experimental de mudança de fase em torno de tubos aletados axialmente  Numerical and experimental study of phase change around axially finned tubes  Calor - TransmissãoEnergia - ArmazenamentoMaterial de mudança de faseSolidificaçãoAletas (Troca de calor)Heat - TransferEnergy - StoragePhase change materialSolidificationFinsOrientador: Kamal Abdel Radi IsmailTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Os sistemas de energia renovável são, geralmente, intermitentes e precisam de alguma maneira acumular e manter a energia disponível para ser usada quando necessária com o mínimo de perdas e em taxa adequada para o processo. O sistema de armazenamento de energia térmica por calor latente é um dos métodos mais usados devido a: sua alta capacidade térmica; pequena massa; e ao fato de que os processos de carga e descarga podem ser realizados em condições isotérmicas. Estas características tornam esse conceito adequado para acoplamento em sistemas de refrigeração e ar condicionados (domésticos e comerciais), por serem eficiente e de volume reduzido. O presente estudo tem como objetivo principal investigar, numericamente e experimentalmente, o processo de formação de gelo em torno de tubos aletados verticalmente para aplicação em sistemas de armazenamento de calor latente, assim como para fusão do gelo formado. A água foi utilizada como Material de Mudança de Fase (MMF) por motivos de custo, disponibilidade e segurança. Foi desenvolvido um modelo matemático de armazenador de calor latente, com formulação unidimensional e bidimensional de problema de condução de calor pura com mudança de fase, considerando a temperatura constante ao longo do tubo. A solução numérica foi baseada no método de volumes finitos e a abordagem de entalpia foi usada para o tratamento numérico do modelo matemático. Investigou-se experimentalmente o número de aletas, largura da aleta, temperatura da parede do tubo e a vazão mássica do fluido de trabalho, e seus efeitos nos parâmetros de mudança de fase foram discutidos. Verificou-se que a diminuição da temperatura da parede do tubo, o aumento do número de aletas e a largura das aletas aumentam a posição e a velocidade de interface, a massa solidificada e reduzem o tempo de solidificação completa. A variação do fluxo de massa do fluido de trabalho mostrou efeitos relativamente pequenos. O estudo destaca os méritos relativos dos tubos aletados e aponta como novas contribuições o número ideal de aletas e a largura ótima da aletaAbstract: Renewable energy systems are often intermittent and need to accumulate and maintain available energy to be used with minimal loss and at the appropriate rate for the process. The latent heat thermal energy storage system is one of the most used methods due to: its high thermal capacity; small mass; and that loading and unloading processes can be performed under isothermal conditions. These features make this concept suitable for coupling in domestic and commercial refrigeration and air conditioning systems, due to their efficiency and small volume. This research has as main objective investigate, numerically and experimentally, the process of ice formation around vertically finned tubes for application in latent heat storage systems, just as for melting the formed ice. Water was used as Phase Change Material (PCM) because of its cost, availability and safety reasons. A mathematical model of latent heat storage was developed, with one- and two-dimensional formulation of pure heat conduction problem with phase change, considering the constant temperature along the tube. The numerical solution was based on the finite volume method and the enthalpy approach was used for the numerical treatment. The number of fins, fin width, tube wall temperature and working fluid mass flow were investigated experimentally, and their effects on the phase change parameters were discussed. It was found that decreasing tube wall temperature, increasing fin number and fin width increase the position and interface velocity, the solidified mass and reduce the complete solidification time. Variation in working fluid mass flow showed relatively small effects. It was also highlighted the relative merits of finned tubes and pointed out as new contributions the optimal number of fins and optimal fin widthDoutoradoTérmica e FluídosDoutora em Engenharia Mecânica[s.n.]Ismail, Kamal Abdel Radi, 1940-Padilha, AlcidesScalon, Vicente LuizBarbin, Douglas FernandesSilveira Júnior, VivaldoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASNóbrega, Claudia Rosa do Espírito Santo, 1985-20192019-11-25T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (123 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638020NÓBREGA, Claudia Rosa do Espírito Santo. Estudo numérico e experimental de mudança de fase em torno de tubos aletados axialmente   . 2019. 1 recurso online (123 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638020. 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