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Mestrado - Paulo Rutemberg Madeira Santos

por dirppg-ct publicado 02/12/2019 08h41, última modificação 02/12/2019 08h41
Investigação Numérica Da Convecção Natural De Fluido De Bingham Em Cavidade Fechada Preenchida Com Meio Poroso Heterogêneo
Quando
13/12/2019
de 13h00 até 16h00
(America/Sao_Paulo / UTC-200)
Onde
Sede Ecoville: Sala EN - 101
Participantes
Prof. Admilson Teixeira Franco, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Alan Lugarini de Souza, MSc. Coorientador - UTFPR
Banca Examinadora:
Prof. Admilson Teixeira Franco, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Silvio Luiz de Mello Junqueira, Dr. - UTFPR
Prof. José Lage, Ph.D - SMU
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Resumo: No presente estudo o processo de convecção natural de fluido com tensão limite de escoamento modelado como fluido de Bingham em cavidades fechadas preenchidas com meio poroso heterogêneo é investigado numericamente. O problema é resolvido como laminar bidimensional em regime permanente com paredes verticais aquecidas diferencialmente e paredes horizontais adiabáticas. As simulações numéricas são realizadas utilizando o programa comercial ANSYS FLUENT. Com o intuito de investigar os efeitos dos parâmetros significativos que descrevem o campo de escoamento e a transferência de calor, o número de Prandtl é fixado em , o número de blocos dentro da cavidade varia entre , número de Rayleigh é avaliado na faixa entre , número de Bingham é avaliado na faixa entre até e dois valores para o meio poroso heterogêneo e são utilizados. Constata-se que à medida que o número de Rayleigh aumenta, o número de Nusselt médio aumenta significativamente, no entanto, os efeitos são menos significativos para o fluido de Bingham com maior grau de viscoplasticidade. Para números altos de Bingham, o número de Nusselt diminui, atingindo um valor limite, que dependem da razão da condutividade térmica, da quantidade de blocos próximos as paredes ativas e da porosidade, onde esse valor caracteriza a transferência de calor puramente por condução. O aumento do número de blocos e a diminuição da porosidade restringe o escoamento do fluido dentro da cavidade, acarretando na diminuição da transferência de calor por convecção. Os resultados são apresentados na forma de linhas de corrente, isotermas, velocidade e temperatura adimensional no plano horizontal médio, número de Nusselt Local e pelo número de Nusselt médio na parede aquecida. A influência de parâmetros adimensionais (número de Rayleigh e Bingham) é apresentada em diagramas que permitem a observação da região onde o fluido se encontra estático ou em movimento. Finalmente, correlações para o número de Bingham máximo e Nusselt médio na parede aquecida são obtidas para cada geometria.

Palavras-chave: Convecção natural, cavidade fechada, meio poroso heterogêneo, fluido de Bingham, dinâmica dos fluidos computacional.

 

Numerical Investigation Of The Natural Convection Of Bingham Fluid In Enclosure Filled With Heterogeneous Porous Media

Abstract: In the present study the natural convection process of fluid with yield stress modeled as Bingham fluid in closed cavities filled with heterogeneous porous medium is investigated numerically. The problem is solved as two-dimensional laminar in steady state with differentially heated vertical walls and adiabatic horizontal walls. Numerical simulations are performed using the commercial software ANSYS FLUENT. In order to investigate the effects of the significant parameters describing the flow field and heat transfer, the Prandtl number is fixed , the number of solid blocks within the cavity ranges from , Rayleigh number is valued in the range of , Bingham number is valued in the range of to and two values for the heterogeneous porous medium e are used. As the Rayleigh number increases, the average Nusselt number increases significantly, however, the effects are less significant for Bingham fluid with higher degree of viscoplasticity. For high Bingham numbers, the Nusselt number decreases to a limit value, which depends on the ratio of thermal conductivity, the number of blocks near the active walls, and the porosity, where this value characterizes heat transfer purely by conduction. Increasing the number of blocks and decreasing porosity restricts fluid flow within the cavity, resulting in decreased convective heat transfer. Results are presented in the form of current lines, isotherms, velocity and dimensionless temperature in the mean horizontal plane, Local Nusselt number and the average Nusselt number in the heated wall. The influence of non-dimensional parameters (Rayleigh and Bingham number) is presented in diagrams that allow the observation of the region where the fluid is static or moving. Finally, correlations for the maximum Bingham number and average Nusselt in the heated wall are obtained for each geometry.

Keywords: Natural convection, closed cavity, heterogeneous porous media, Bingham fluid, computational fluid dynamics.

 

Lista de Publicações

25th ABCM International Congress of Mechanical Engineering October 20-25, 2019, Uberlândia, MG, Brazil (COBEM 2019). Autores: Paulo Rutemberg Madeira Santos ; Alan Lugarini ; Admilson Teixeira Franco.