Resfriamento de placas por fluidos através de canais internos: análise da configuração e design construtal
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Zinani, Flávia Schwarz Franceschini | |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/8732272690265023 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Fraga, Guilherme | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/4215549501538684 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2023-02-22T17:23:31Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2023-02-22T17:23:31Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2022-09-29 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | Vascularized plaque technology is one of the most promising in the field of thermal sciences and has been gaining notoriety for its performance in cooling and refrigeration applications. The use of tree-shaped inner tubes, parallel tubes and coils are examples of approaches found using this method of cooling solids. The objective of this work was the development of a high-performance inner tube configuration, based on the principles of Construtal Theory, with a square shape with a central reentry, which reached both the ends and the center of the plate. The solid's material is inspired by a gap-filling substrate used in the electronics industry and the cooling fluid is water. The physical system was computationally modeled as a threedimensional domain, where the equations of mass balance, momentum and energy are valid for a Newtonian fluid in permanent laminar regime. The Construtal Design Method was used to define the system, degrees of freedom, constraints, as well as the evaluation method of the system, as its configuration is modified to achieve the best thermal performance. For the analysis of the effects of the degrees of freedom and the search for the best configurations, the response surface method was used. With a variation of three degrees of freedom, systems subject to two flow rates were evaluated, featuring Reynolds numbers of 100 and 1000. The proposed configurations were numerically solved by computational fluid dynamics. It was observed that the parameter that has the greatest interference in the performance of the system is the length of the pipe in the longitudinal direction, responsible for giving shapes from flattened, with the pipe centered at the center of the solid, to quadratic shapes, where the pipe extends to the ends of the warm body. The results obtained allowed the determination of geometries with performance gains of up to 44% among the simulated cases for Reynolds equal to 1000 and 7% for Reynolds equal to 100, following the trends projected by the temperature contour maps obtained from the method of adopted response surface. | en |
| Resumo (dc.description.resumo) | A tecnologia de placas vascularizadas é umas das mais promissoras no campo das ciências térmicas e vem ganhando notoriedade pelo seu desempenho em aplicações voltadas ao arrefecimento e à refrigeração. O uso de tubos internos em forma de árvore, tubos paralelos e serpentinas são exemplos de abordagens encontradas utilizando este método de resfriamento de sólidos. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de uma configuração de tubo interno de alto desempenho, com base nos princípios da Teoria Construtal, com formato quadrado com uma reentrada central, que alcançasse tanto as extremidades, quanto o centro da placa. O material do sólido é inspirado em um substrato preenchedor de lacunas utilizado na indústria eletroeletrônica e o fluido de arrefecimento é a água. O sistema físico foi modelado computacionalmente como um domínio tridimensional, onde são válidas as equações de balanço de massa, quantidade de movimento e energia para um fluido newtoniano em regime laminar permanente. O Método Design Construtal foi empregado para definir o sistema, graus de liberdade, restrições, bem como o método de avaliação do sistema, conforme sua configuração é modificada com o objetivo de atingir o melhor desempenho térmico. Para a análise dos efeitos dos graus de liberdade e a busca das melhores configurações, foi empregado o método de superfície de resposta. Com a variação de três graus de liberdade, foram avaliados sistemas sujeitos a duas vazões de escoamento, caracterizando números de Reynolds de 100 e 1000. As configurações propostas foram resolvidas numericamente por fluidodinâmica computacional. Observou-se que o parâmetro que possui maior interferência no desempenho do sistema é o comprimento da tubulação na direção longitudinal, responsável por dar formas desde achatadas, com tubulação centrada ao centro do sólido, até formas quadráticas, onde a tubulação se estende até as extremidades do corpo aquecido. Os resultados obtidos permitiram a determinação de geometrias com ganhos de desempenho de até 44% dentre os casos simulados para Reynolds igual a 1000 e 7% para Reynolds igual a 100, seguindo as tendências projetadas pelos mapas de contorno de temperatura obtidos a partir do método de superfície de resposta adotado. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/12181 | |
| Idioma (dc.language) | pt_BR | pt_BR |
| Nome da instituição (dc.publisher) | Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| País da Instituição (dc.publisher.country) | Brasil | pt_BR |
| Departamento (dc.publisher.department) | Escola Politécnica | pt_BR |
| Sigla da Instituição (dc.publisher.initials) | Unisinos | pt_BR |
| Programa (dc.publisher.program) | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Direitos de acesso ao documento (dc.rights) | openAccess | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Resfriamento de sólidos | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Teoria construtal | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Canais de resfriamento | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Simulação numérica | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Cooling | en |
| Assunto (dc.subject) | Constructal theory | en |
| Assunto (dc.subject) | Embedded tubes | en |
| Assunto (dc.subject) | Flat plate | en |
| Assunto (dc.subject) | Numerical simulation | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Título (dc.title) | Resfriamento de placas por fluidos através de canais internos: análise da configuração e design construtal | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Dissertação | pt_BR |
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