SOLUÇÕES ANALÍTICAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR CONJUGADA ESTACIONÁRIA EM DUTOS. Djane Rodrigues Cerqueira

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "SOLUÇÕES ANALÍTICAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR CONJUGADA ESTACIONÁRIA EM DUTOS. Djane Rodrigues Cerqueira"

João Vítor Ventura
4 Há anos
Visualizações:

1 SOLUÇÕES ANALÍTICAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR CONJUGADA ESTACIONÁRIA EM DUTOS Djane Rodrigues Cerqueira DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA NUCLEAR. Aprovada por: Prof. Su Jian, D.Sc. Prof. Eduardo Gomes Dutra do Carmo, D.Sc. Prof. Atila Pantaleão Silva Freire, Ph.D. Prof. Marcelo José Colaço, D.Sc.. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL AGOSTO DE 2006

2 CERQUEIRA, DJANE RODRIGUES Soluções Analíticas de Transferência de Calor Conjugada Estacionária em Dutos [Rio de Janeiro] 2006 XIX, 155 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc., Engenharia Nuclear, 2006) Tese - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE 1. Transferência de Calor 2. Soluções Analíticas I. COPPE/UFRJ II. Título ( série ) ii

5 Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.) SOLUÇÕES ANALÍTICAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR CONJUGADA ESTACIONÁRIA EM DUTOS Djane Rodrigus Cerqueira Agosto/2006 Orientador: Su Jian Programa: Engenharia Nuclear Neste trabalho, são apresentadas soluções analíticas aproximadas da transferência de calor conjugada de convecção laminar e turbulenta em dutos circulares o canais de placas planas com condução axial nas paredes do duto e condição de contorno convectiva externa. A abordagem de parâmetros concentrados baseada na aproximação de Hermite de dois pontos para integrais foi aplicada para reduzir a equação de condução de calor no sólido à uma equação diferencial ordinária de segunda ordem para a temperatura média do sólido na direção radial. A equação de energia no fluido foi resolvida através da técnica da transformada integral generalizada (GITT). O problema de autovalor de Sturm-Liouville para a equação de energia do fluido foi resolvida pelo método de contagem de sinal. O sistema truncado de N equações diferenciais ordinárias para os potenciais transformados da temperatura do fluido e a equação diferencial ordinária de segunda ordem para a temperatura média do sólido formam um sistema homogêneo de N+2 equações diferencias ordinárias de primeira ordem que são resolvidas analiticamente. Os efeitos da razão entre as condutividades térmicas do fluido e do sólido, o número de Peclet, a espessura da parede e o número de Bi no número de Nusselt, a temperatura média do fluido e do sólido e a temperatura interfacial sólidocluido foram investigadas. v

6 Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.) ANALYTICAL SOLUTIONS OF STEADY-STATE CONJUGATE HEAT TRANSFER IN DUCTS Djane Rodrigues Cerqueira August/2006 Advisor: Su Jian Department: Nuclear Engineering In this work, we present approximate analytical solutions of steady-state conjugate heat transfer of laminar and turbulent forced convection in circular pipes and parallel-plate channels with wall axial heat conduction and external convective boundary conditions. Improved lumped-differential approach based on two points Hermite approximation for integrals was applied to reduce the heat conduction equation in the solid into a second-order ordinary differential equation for the radially averaged solid temperature. The energy equation in the fluid was solved by applying the generalized integral transform technique (GITT). The Sturm-Liouville eigenproblem for the fluid energy equation was solved by the sign-count method. The truncated system of N ordinary differential equations for transformed potentials of the fluid temperature and the second-order ordinary differential equation for radially averaged solid temperature form a homogeneous system of N+2 ordinary differential equations that is solved analytically. The effects of the fluid-solid thermal conductivity ratio, the Peclet number, the wall thickness, and the Biot number on the Nusselt number, the average fluid and solid temperatures, and the fluid-solid interface temperature have been investigated. vi

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

Documentos relacionados

LEI DA PAREDE PARA O MODELO KAPPA-EPSILOM PARA ESCOAMENTOS BI-FÁSICOS COM BOLHAS. Marcelo Cintra Bitencourt

COPPE/UFRJ LEI DA PAREDE PARA O MODELO KAPPA-EPSILOM PARA ESCOAMENTOS BI-FÁSICOS COM BOLHAS Marcelo Cintra Bitencourt Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica,