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Título: Metodologia de análise numérica do processo de ebulição em piscina no evaporador de um termossifão fechado
Título(s) alternativo(s): Methodology of numerical analysis of the pool boiling process in a closed thermosyphon evaporator
Autor(es): Machado, Caroline Rezende
Cabral, Fernanda Anschau Domingues
Orientador(es): Santos, Paulo Henrique Dias dos
Palavras-chave: Análise numérica
Piscinas
Escoamento bifásico
Calor - Transmissão
Evaporadores
Engenharia mecânica
Numerical analysis
Swimming pools
Two-phase flow
Heat - Transmission
Evaporators
Mechanical engineering
Data do documento: 20-Jun-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: MACHADO, Caroline Rezende; CABRAL, Fernanda Anschau Domingues. Metodologia de análise numérica do processo de ebulição em piscina no evaporador de um termossifão fechado. 2017. 142 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.
Resumo: Os termossifões apresentam um grande potencial em aplicações sustentáveis, tanto industrial como doméstica, devido a sua alta eficiência no transporte de energia em forma de calor. Para seu dimensionamento, um dos parâmetros a serem determinados é o coeficiente de convecção do escoamento bifásico que ocorre dentro da região do evaporador. A obtenção deste parâmetro de transferência de calor é de alta complexidade, por tratar-se de um escoamento que apresenta mudança de fase e pode operar em diversos regimes e, por isso, há uma precariedade de correlações na literatura. Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia de análise numérica do processo de ebulição em piscina para o evaporador de um termossifão fechado. As equações de conservação foram resolvidas utilizando o software ANSYS/FLUENT, através do método dos volumes finitos. Para a captura da frente de evaporação, utilizou-se o método do Volume de Fluidos (VOF) juntamente com uma função definida pelo usuário (UDF) para a modelagem do regime de ebulição em piscina, onde se definiu os parâmetros do modelo de evaporação-condensação de Lee baseado em um estudo de sua influência. Para a determinação do coeficiente de transferência de calor bifásico no evaporador do termossifão, foram calculados os coeficientes convectivos locais para diversos pontos através da Lei de Resfriamento de Newton, e o coeficiente convectivo médio através da obtenção da temperatura média na superfície do evaporador. Estes valores foram comparados com correlação disponível na literatura. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que a modelagem adotada é adequada ao problema proposto. Os dados numéricos obtidos nesse trabalho, bem como a metodologia proposta, podem alimentar posteriores estudos para obtenção de correlações para estimar o coeficiente de transferência de calor por convecção dentro do evaporador do termossifão.
Abstract: Thermosyphons are devices with great potential in industrial and residential sustainable applications, due to their high heat transfer efficiency. For a thermosyphon’s design, one of the parameters to be determined is the multiphase heat transfer coefficient of the flow in the evaporator section, which involves high complexity since it is a phase change flow and can operate in different regimes and, therefore, exists a lack of correlations in literature. The goal of this present thesis is to develop a methodology of numerical analysis of the pool boiling process in an evaporator section of a thermosyphon. The continuity equations were solved using the software ANSYS FLUENT through the finite volume method. In order to capture the evaporation process, the Volume of Fluid (VOF) method was used, such as a user-defined function (UDF) for the pool boiling regime process, where it was defined the condensationevaporation Lee Model applied for mass transfer between phases. To determine the multiphase heat transfer coefficient in the thermosyphon evaporator, the local convective coefficients for several points were calculated through Newton's Law, and the average convective coefficient was calculated by obtaining the average temperature at the evaporator surface. Those values were compared with correlation available in the literature. The results obtained in this work show that the methodology developed is adequate for the proposed problem. The numerical data obtained in this work, as well as the proposed methodology, can feed further studies to obtain correlations to estimate the coefficient of heat transfer by convection inside the evaporator of the thermosyphon.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9320
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