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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação e otimização da transferência de calor radiativa em fornalhas corrugadas de geradores vapor fogotubular
Alternate title (s): Assessment and optimization of radiative heat transfer in fire tube steam boiler corrugated furnaces
Author: Martins, Gleyzer
First Advisor: Bandarra Filho, Enio Pedone
First member of the Committee: Mendoza, Oscar Saul Hernandez
Second member of the Committee: Carvalho, Solidônio Rodrigues de
Third member of the Committee: Miranda, Ricardo Fortes de
Fourth member of the Committee: Parise, José Alberto dos Reis
Fifth member of the Committee: Schneider, Paulo Smith
Summary: Neste trabalho foi avaliada a transferência de calor radiativo nas superfícies cilíndricas corrugadas similares as empregadas nas fornalhas corrugadas de geradores de vapor fogotubulares, utilizando os métodos da zona e de volumes finitos com a modelagem das superfícies corrugadas pela interpolação spline cúbica. Foi associado a este estudo a otimização destas superfícies corrugadas empregando as metodologias de otimização simplex e de recozimento simulado para determinar a configuração ótima destas superfícies para obter a máxima transferência de calor radiativa. Os resultados da verificação indicaram que os métodos da zona e de volumes finitos foram capazes de representar a transferência de calor radiativa em superfícies de referência cilíndricas e complexas. Em termos da modelagem dos estudos de caso, da fornalha teórica e da câmara de combustão com as superfícies cilíndricas alteradas para superfícies corrugadas, os resultados indicaram que os métodos da zona e de volumes finitos apresentaram diferenças no fluxo de calor radiativo para as condições de simulação com maiores amplitudes devido a falta de modelagem das superfícies sombreadas no método de volumes finitos. Na otimização, por sua vez, observou que as metodologia de otimização encontraram as mesmas soluções para o estudo de caso da fornalha teórica com superfície corrugada, com destaque para o método simplex pela menor quantidade de avaliação da função objetivo. Entretanto para a câmara de combustão com superfícies corrugadas observou que o problema se tornou mal colocado devido ao perfil de temperatura não homogêneo, o que levou ao método simplex falhar em obter o ponto de ótimo e destacou as características não determinísticas do método de recozimento em conseguir obter os melhores resultados de máximos fluxo de calor. Nesse contexto, as simulações demonstram que aplicando as metodologias de otimização foi possível melhorar a transferência de calor radiativa na fornalha teórica com superfícies corrugadas em até 16,74% e na câmara de combustão com superfícies corrugadas em 7,79%.
Abstract: In this work, the radiative heat transfer was evaluated in corrugated cylindrical surfaces similar the surfaces employed in corrugated furnaces at a fire tube steam generator using the zonal and finite volume methods, with the modeling of corrugated surfaces by cubic spline interpolation. Associated with this study was realized the optimization of these corrugated surfaces using the methodologies of simplex and simulated annealing to determine the optimal configuration of these surfaces for maximum radiative heat transfer. The results indicated that the zonal and finite volume methods, were able to represent the radiative heat transfer in cylindrical and complex literature problems. In terms of the cases studied, the theoretical furnace and the combustion chamber with the changed cylindrical surfaces for corrugated surfaces, the results indicated that the methods of the zonal and of finite volume showed differences in the radiative heat flux to the simulation conditions with large amplitudes, due to absence of modeling the shaded areas of corrugated surfaces in the finite volume method. In the optimization, it was demonstrated that the optimization methodologies found the same solutions to the case study of the theoretical furnace with corrugated surface, highlighting the simplex method for the least amount of evaluations of the objective function. However, for combustion chamber with corrugated surfaces noted that the problem has become ill-posed due to inhomogeneous temperature profile, which led to the simplex method fails to get the optimal point and highlighted non-deterministic characteristics of the simulating annealing method to achieve best results of maximum heat flow. In this context, the simulations show that applying the optimization methodologies is possible to improve radiative heat transfer in the theoretical furnace with corrugated surfaces up to 16.74% and in the combustion chamber surfaces corrugated 7.79%.
Keywords: Método da zona
Método de volumes finitos
Recozimento simulado simplex
Superfícies cilíndricas corrugadas
Zonal method
Finite volume method
Simulated annealing simplex
Corrugated surfaces
Calor - Transmissão
Câmaras de combustão
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: MARTINS, Gleyzer. Assessment and optimization of radiative heat transfer in fire tube steam boiler corrugated furnaces. 2014. 160 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14765
Date of defense: 15-Dec-2014
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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