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Título: Análise numérica e investigação experimental da convecção natural laminar em um canal vertical com aquecimento discreto
Autor(es): Machado, Vivian
Orientador(es): Alves, Thiago Antonini
Palavras-chave: Calor - Convecção natural
Calor - Transmissão
Análise numérica
Heat - Convection, Natural
Heat - Transmission
Numerical analysis
Data do documento: 23-Set-2013
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Referência: MACHADO, Vivian. Análise numérica e investigação experimental da convecção natural laminar em um canal vertical com aquecimento discreto. 2013. 95 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2013.
Resumo: Neste Trabalho de Conclusão de Curso foi realizada uma análise numérica e uma investigação experimental da transferência de calor por convecção natural na camada-limite laminar em um canal retangular vertical com aquecimento discreto. Este problema está associado ao resfriamento por convecção natural de um aquecedor 3D isotérmico rente à superfície de uma placa de circuito impresso. A investigação experimental foi realizada no Laboratório Didático de Ciências Térmicas, utilizando um Aparato Experimental de Convecção Natural e/ou Forçada e uma câmera termográfica de alto desempenho. As incertezas experimentais foram calculadas por meio da técnica de amostragem simples. A análise numérica foi efetuada no Laboratório de Pesquisa Computacional por meio de simulações utilizando o software ANSYS-Fluent® 14.5. As equações governantes 3D com suas condições de contorno foram resolvidas numericamente pelo Método dos Volumes de Controle, dentro de um domínio único através de um procedimento acoplado. As propriedades termofísicas do fluido e dos sólidos foram consideradas constantes, obtidas da biblioteca do software Engineering Equation Solver® (EES®). A avaliação das perdas por radiação térmica foi devidamente quantificada visando à obtenção dos resultados para a transferência de calor por convecção natural. Os resultados numérico-experimentais dos parâmetros termofluidodinâmicos de interesse foram obtidos para números de Rayleigh na faixa de 106 considerando o ar como o fluido de resfriamento. Estes resultados foram comparados, quando possível, com os disponíveis na literatura considerando uma placa plana vertical isotérmica e apresentaram uma ótima concordância.
Abstract: In this final course assignment, was performed a numerical analysis and experimental investigation of heat transfer by natural convection in laminar boundary layer on a vertical rectangular channel with discrete heating. This problem is associated with natural convection cooling of a 3D isothermal heater near the surface of a printed circuit board. The experimental investigation was performed at the Educational Laboratory of Thermal Sciences, using an Experimental Apparatus of a Natural and/or Forced Convection and a thermographic camera of high performance. The experimental uncertainties were calculated through simple sampling technique. The numerical analysis was performed at the Laboratory for Computer Research through simulations using ANSYS-FluentTM 14.5 software. The 3D governing equations with their boundary conditions were solved numerically by the Control Volume Method, within a single domain through a coupled procedure. The thermophysical properties of the fluid and the solids were considered constant, obtained from the library of the Engineering Equation SolverTM software (ESSTM). The evaluation of the thermal radiation losses were properly quantified in order to obtain the results for the heat transfer by natural convection. The results of numerical and experimental thermo-fluid-dynamics parameters of interest were obtained for Rayleigh numbers on the order of 106 considering the air as the cooling fluid. These results were compared, when possible, with the available literature considering an isothermal vertical flat plate and showed very good agreement.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/7486
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