Publicação: Phase change modelling for non-isothermal flows: a mathematical, numerical and computational model for pure substances
Carregando...
Arquivos
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Coleções
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Orientador
Coorientador
Resumo
A dinâmica de fluidos computacional é uma importante ferramenta para o estudo de escoamentos presentes na natureza e em aplicações de
engenharia. A modelagem computacional de problemas típicos de engenharia permite aumentar a eficiência de processos produtivos e de equipamentos
em diversos setores da economia. Além disso, o estudo de características fundamentais de escoamentos possibilita a criação de um arcabouço
teórico importante para diversas linhas de pesquisa dessa área. Nos últimos anos, a modelagem de problemas de mudança de fase tem sido
conduzida utilizando modelos computacionais. Na presente tese de doutorado, foi desenvolvido um modelo matemático, numérico e computacional
de escoamentos não-isotérmicos com mudança de fase.
O código MFSim foi utilizado para a performance de todas as simulações computacionais e o cluster do Laboratório de Mecânica dos Fluidos (MFLab)
foi empregado para a execução das simulações na Universidade Federal de Uberlândia (UFU).
O modelo computacional foi verificado e validado com inúmeros casos da literatura. Finalmente, um complexo caso de
condensação de contato direto (DCC) em cross-flow foi conduzido, demonstrando a potencialidade do código MFSim para modelar até mesmo
problemas de grande complexidade.
Problemas de ebulição de líquido ao redor de uma bolha de vapor foram utilizados para vallidação com solução teórica e analítica.
Os resultados do presente trabalho apresentaram baixos desvios em relação aos resultados prévios da literatura.
Correntes espúrias foram investigadas e quantificadas. Finalmente, forças particulares a problemas de mudança de fase em CFD foram
quantificadas e sua influência nos problemas estudados foram nulas mesmo para situações críticas.
Abstract
The Computational Fluid Dynamic (CFD) is an important methodology to study the characteristics of flows in nature and in several engineering applications. Modelling non-isothermal flows may be usefull to predict the main flow dynamics which allows the improvement of efficiency in equipments and processes for industrial purpose. In addition,
investigations using computational models may provide key information about the fundamental characteristics of flow,
developing the theoretical groundwork of physical processes.
In the last years, the topic of phase change has been intensively studied using CFD due to the computational and
numerical advances reported in the literature. In the present work, phase change is studied using a
mathematical, numerical and computational model developed in this thesis.
The homemade code MFSim was used to run all the computational simulations in the cluster from the Fluid Mechanics
laboratory (MFLab) from the Federal University of Uberlandia (UFU).
The computational model was verified and validated against several cases from the literature.
The model developed in the present thesis showed results with high accuracy and low differences compared to previous
works in the literature.
After the performance of several validation cases, some topics were deeply investigated.
Finally, a complex case study of Direct contact condensation (DCC) was studied and the computational model provided
accurate results compared to the literature.
The present thesis reported the advances on modelling computationally the topic of phase change using the homemade code MFSim
and several interesting conclusions were developed and some numerical issues were overcame.
Boiling cases were validated against theoretical and analytical solution from the literature.
The results show low deviations compared to the references.
Finally, spurious currents magnitude were quantified for phase change problems and partic
Palavras-chave
CFD, DCC, Boiling, Condensation, Engenharia mecânica, Escoamento bifásico - Modelos matemáticos, Escoamento bifásico - simulação por computador, Ebulição, Condensação, Bolhas, Forças de recuo, Bubble, Recoil force
Citação
DUARTE, Bernardo Alan de Freitas. Phase change modelling for non-isothermal flows: a mathematical, numerical and computational model for pure substances. 2018. 169 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.795