Please use this identifier to cite or link to this item:
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22393| Document type: | Tese |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | Phase change modelling for non-isothermal flows: a mathematical, numerical and computational model for pure substances |
| Alternate title (s): | Modelagem de mudança de fase em escoamentos não-isotérmicos: um modelo matemático, numérico e computacional para substâncias puras |
| Author: | Duarte, Bernardo Alan de Freitas |
| First Advisor: | Silveira Neto, Aristeu da |
| First member of the Committee: | Carvalho, Solidônio Rodrigues de |
| Second member of the Committee: | Cavallini Junior, Aldemir Aparecido |
| Third member of the Committee: | Krieger Filho, Guenther Carlos |
| Fourth member of the Committee: | Serfaty, Ricardo |
| Fifth member of the Committee: | Villar Vale, Millena |
| Summary: | 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 |
| Keywords: | CFD DCC Boiling Condensation Engenharia mecânica Escoamento bifásico - Modelos matemáticos Escoamento bifásico - simulação por computador Ebulição Condensação Bolhas Forças de recuo Bubble Recoil force |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR |
| Language: | eng |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
| Quote: | 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 |
| Document identifier: | http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.795 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22393 |
| Date of defense: | 9-Aug-2018 |
| Appears in Collections: | TESE - Engenharia Mecânica |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| PhaseChangeModelling.pdf | 24.7 MB | Adobe PDF |  View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.