Publicação: Simulação numérica de nanofluidos escoando no interior de
dutos retos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
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Resumo
Esta dissertação teve como objetivo evidenciar a intensificação do coeficiente de transferência de calor por convecção de um escoamento utilizando nanofluidos. Para isto, o nanofluido foi simulado numericamente escoando dentro de uma tubulação horizontal reta, tanto em regime laminar como em regime turbulento, e submetida a uma condição de contorno de fluxo de calor constante através da parede, sob a hipótese que o nanofluido possui características de fluido monofásico com propriedades modificadas. Sabendo-se que as propriedades dos nanofluidos são função das propriedades das nanopartículas e do fluido base, foi utilizada uma variedade de combinações desses componentes a fim de mostrar uma tendência sobre o uso de nanopartículas e fluidos base de diferentes naturezas. Desse modo, foram utilizadas nanopartículas metálicas (prata, cobre e ferro) e de óxidos metálicos (alumina e óxido de cobre) dispersas em água deionizada, etileno glicol e poli-alfa-oleofin. As propriedades dos nanofluidos foram calculadas mediante modelos teóricos conservadores para a condutividade térmica e viscosidade, e aplicando a regra das misturas para a massa específica e o calor específico, com base nas propriedades dos componentes encontradas na literatura. Com as propriedades calculadas, cada nanofluido foi simulado com uso do software ANSYS ® às condições hidrodinâmicas e térmicas estabelecidas para obter os campos de velocidade, temperatura e pressão correspondentes. Finalmente, os resultados das simulações foram processados para visualizar o comportamento do coeficiente de transferência de calor. Sob as hipóteses definidas, as maiores intensificações na transferência de calor por convecção foram as dos nanofluidos com nanopartículas de óxidos metálicos com relação aos de nanopartículas metálicas.
Abstract
This work aimed to show the enhancement of the convective heat transfer coefficient of nanofluids flowing in a straight pipe. For this purpose, the nanofluid was simulated numerically, both laminar and turbulent flow, and subjected to a boundary condition of constant heat flow through the wall, under the assumption that nanofluids have characteristics of single-phase fluids with modified properties. With the knowledge that the properties of nanofluids are function of the properties of both, nanoparticles and base fluid, was used a variety of combinations of these components in order to show a trend on the utilization of nanoparticles and base fluids of different natures. Thus, were used metallic nanoparticles (silver, copper and iron) and metallic oxides (alumina and copper oxide) dispersed in deionized water, ethylene glycol and poly-alpha-olefins. The properties of nanofluids were calculated by the conservative theoretical models for thermal conductivity and viscosity, and applying the rule of mixtures for density and specific heat, based on the properties of the components found in the literature. With these properties calculated, each nanofluid was simulated using the computational solver ANSYS®, at hydrodynamic and thermal conditions established, to obtain the corresponding fields for velocity, temperature and pressure. Finally, the results of simulation were processed to visualize the behavior of the convective heat transfer coefficient. Under the assumptions pre-defined, the highest enhancements of convective heat transfer of nanofluids were found with nanoparticles of metal oxides, relative to those of metallic nanoparticles.
Palavras-chave
Nanofluidos, Simulação numérica, Transferência de calor, Condutividade térmica, Nanofluids, Numerical simulation, Heat transfer, Thermal conductivity, Calor - Transmissão, Condutividade térmica
Citação
CHAUPIS, Joseph Edher Ramirez. Numerical simulation of nanofluids flowing through a straight pipe. 2011. 164 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2011.101