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Título: Validação numérica do descritor invariante do resfriamento conjugado por convecção forçada-condução de aquecedores 3D protuberantes em canais
Título(s) alternativo(s): Numerical validation of the invariant descriptor of conjugate forced convection-conduction cooling of protruding 3D heaters in channel flow
Autor(es): Barbur, Murilo Augusto
Orientador(es): Alves, Thiago Antonini
Palavras-chave: Calor - Transmissão
Invariantes
Análise numérica
Heat - Transmission
Invariants
Numerical analysis
Data do documento: 25-Fev-2014
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Referência: BARBUR, Murilo Augusto. Validação numérica do descritor invariante do resfriamento conjugado por convecção forçada-condução de aquecedores 3D protuberantes em canais. 2014. 81 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2014.
Resumo: As temperaturas de aquecedores 3D protuberantes montados em um substrato condutivo em um canal retangular horizontal com escoamento laminar de ar foram relacionadas, independente da potência dissipada em cada aquecedor, por meio de uma matriz G+ com coeficientes invariantes. Esses coeficientes, validados numericamente neste Trabalho de Conclusão de Curso, são adimensionais e foram chamados coeficientes de influência conjugados (g+) devido à natureza conjugada convecção forçada-condução do resfriamento dos aquecedores. O aumento da temperatura de cada aquecedor no canal foi quantificado de tal forma que as contribuições devido ao auto-aquecimento e às dissipações de potência dos outros aquecedores (tanto à montante, quanto à jusante) fossem claramente identificadas. Para uma dada geometria, campo de escoamento, propriedades termofísicas do fluido e dos sólidos, os coeficientes conjugados são invariantes com a taxa de dissipação de calor na configuração dos aquecedores. Os resultados foram obtidos numericamente considerando uma coluna com três aquecedores 3D protuberantes utilizando o software ANSYS/Fluent® 14.5. As equações de conservação foram resolvidas através de um procedimento acoplado, dentro de um domínio único compreendendo as regiões sólidas e do fluido, considerando condições de regime permanente com propriedades constantes em escoamento laminar. Alguns exemplos foram mostrados, indicando os efeitos da condutividade térmica do substrato e do número de Reynolds nos coeficientes de influência conjugados.
Abstract: The temperatures of 3D protruding heaters mounted on a conductive substrate in a horizontal rectangular channel in laminar airflow were related to independent power dissipation in each heater by means of a matrix G+ with invariant coefficients. These coefficients, validated numerically in this work, are dimensionless and they were called the conjugate influence coefficients (g+) due to the forced convection-conduction nature of the heaters cooling. The temperature increase of each heater in the channel was quantified so that the contributions due to self-heating and to the power dissipation in the other heaters (both upstream and downstream) were clearly identified. For fixed geometry, fluid and flow rate, substrate and heater conductivities, the conjugate coefficients are invariant with the heat generation rate in the heaters’ array. The results were obtained numerically considering three 3D protruding heaters on a two-dimensional array, using the ANSYS/FluentTM 14.5 software. The conservation equations were solved through a coupled procedure within a single calculation domain comprising the solid and fluid regions, considering steady state flow with constant properties in the laminar regime. Some examples were shown, indicating the effects of the substrate thermal conductivity and the Reynolds number on conjugate influence coefficients.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/7618
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