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Análise numérica da influência de um conjunto de aletas com diferentes inclinações e posições em uma cavidade retangular preenchida por PCM em processo de fusão

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metadataTrad.dc.contributor.author Borahel, Rafael Da Silveira;
metadataTrad.dc.contributor.authorLattes http://lattes.cnpq.br/7735549135556238;
metadataTrad.dc.contributor.advisor Oliveski, Rejane De Césaro;
metadataTrad.dc.contributor.advisorLattes http://lattes.cnpq.br/2395367769553765;
metadataTrad.dc.publisher Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
metadataTrad.dc.publisher.initials Unisinos;
metadataTrad.dc.publisher.country Brasil;
metadataTrad.dc.publisher.department Escola Politécnica;
metadataTrad.dc.language pt_BR;
metadataTrad.dc.title Análise numérica da influência de um conjunto de aletas com diferentes inclinações e posições em uma cavidade retangular preenchida por PCM em processo de fusão;
metadataTrad.dc.description.resumo Por intermédio da utilização do método dos volumes finitos, conduziu-se no presente trabalho o estudo numérico do processo de fusão de ácido láurico contido em uma cavidade retangular aletada. Na cavidade, duas aletas longitudinais de formato retangular encontram-se acopladas à superfície aquecida do sistema sob diferentes inclinações. Como objetivos, definiu-se: (i) determinar quais os metais mais indicados para serem utilizados no conjunto de aletas; (ii) investigar a possibilidade da modelagem computacional das aletas ser realizada de modo idealizado, onde o perímetro das aletas apresenta temperaturas idênticas a de sua base, (iii) analisar o processo de fusão para uma faixa amostral de diferentes inclinações (θ) utilizadas na instalação das aletas junto à superfície aquecida do sistema; (iv) identificar a existência ou não de uma inclinação mais adequada; (v) compreender os efeitos causados pelas diferentes inclinações sob a transferência de calor por convecção ocorrida no interior sistema; (vi) avaliar o efeito da posição vertical de instalação das aletas sob o processo de fusão por elas intensificado e (vii) determinar o espaçamento mais adequado a ser admitido entre as duas aletas modeladas. Para alcançar os objetivos propostos, simulações numéricas bidimensionais transientes, conduzidas no software comercial ANSYS Fluent 19.2, foram utilizadas para a solução do problema proposto. Neste software, malhas computacionais não estruturadas foram utilizadas para a discretização espacial do problema, enquanto diferentes intervalos de tempo foram testados para a discretização temporal. Como modelo implementado, utilizou-se as equações diferenciais da massa, energia e quantidade de movimento, acrescidas ainda de um modelo de fechamento (método da entalpia-porosidade) utilizado para tratar a fusão do ácido láurico. Resultados obtidos demonstraram que o modelo implementado é adequado para o estudo proposto. Quanto aos resultados referentes ao estudo de caso, os mesmos apontaram que alumínio e cobre são os materiais mais indicados para o conjunto de aletas, enquanto o aço mostrou-se prejudicial. Inclinações utilizadas na instalação das aletas influenciaram o processo de modo distinto, ficando provado que para os estágios mais iniciais e intermediários θ = 90° acelerou consideravelmente a fusão, enquanto valores de θ superiores saíram-se melhor nos estágios mais avançados. Basicamente, não se tem um valor mais adequado de θ, mas sim uma faixa de valores possíveis, os quais variam entre 90 e 115°. Em termos de desempenho, quanto mais inferior a posição de instalação das aletas, mais rapidamente se dá a fusão.;
metadataTrad.dc.description.abstract Through the use of the finite volume method, the numerical study of the melting process of lauric acid contained in a finned rectangular cavity was conducted in this work. In the cavity, two longitudinal fins of rectangular shape are attached to the heated surface of the system under different inclinations. The aims of this study was (i) determine which metals are most suitable to be used in the fins; (ii) investigate the possibility of computational modeling of the fins to be performed in an idealized way, where the perimeter of the fins has identical temperatures to that of their base; (iii) analyze the melting process for a range of different inclinations (θ) used in the installation of the fins to the heated surface of the system; (iv) identify the existence or not of a more adequate inclination; (v) understand the effects caused by the different inclinations under the convection heat transfer that occurs inside the system; (vi) evaluate the effect of the vertical position of installation of the fins under the melting process intensified by them and (vii) determine the most suitable spacing to be allowed between the fins. To achieve the proposed objectives, two-dimensional transient numerical simulations, conducted in the commercial software ANSYS Fluent 19.2, were used to solve the proposed problem. In this software, unstructured computational meshes were used for the spatial discretization of the problem, while different time intervals were tested for temporal discretization. The mathematical model was composed by the differential equations of continuity, energy and momentum, plus the enthalpy-porosity method used to treat the lauric acid melting. The results obtained demonstrated that the implemented model is adequate for the proposed study and aluminum and copper are the most suitable materials for the fins, while steel was shown to be harmful to the heat transfer. The inclinations used in the installation of the fins influenced the process in different ways, proving that for the most initial and intermediate stages θ = 90° it considerably accelerated the melting, while higher θ values did better in the more advanced stages. Basically, there is no more suitable value for θ, but a range of possible values, which vary between 90 and 115°. In terms of performance, the lower the installation position of the fins, the faster the melting occurs.;
metadataTrad.dc.subject Armazenamento de energia térmica; Acúmulo de calor latente; Reservatório térmico aletado; Materiais de mudança de fase (PCM); Ácido láurico; Thermal energy storage; Latent heat accumulation; Finned thermal reservoir; Phase Change Materials (PCM); Lauric acid;
metadataTrad.dc.subject.cnpq ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica;
metadataTrad.dc.type Dissertação;
metadataTrad.dc.date.issued 2020-08-23;
metadataTrad.dc.description.sponsorship CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior;
metadataTrad.dc.rights openAccess;
metadataTrad.dc.identifier.uri http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9390;
metadataTrad.dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica;


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