Publicação: Avaliação experimental da transferência de calor e perda de pressão de nanofluidos em escoamento monofásico em dutos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
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A presente tese trata de um estudo experimental da transferência de calor e perda de pressão de nanofluidos em escoamento monofásico no interior de tubos. Tais nanofluidos foram produzidos com base em uma mistura água e etileno glicol (H2O:EG 50:50 wt%) e também com óleo térmico OT-100. As nanopartículas utilizadas foram de prata, alumina, nanotubos de carbono e diamante. Uma bancada experimental foi construída e devidamente instrumentada para satisfazer as condições nominais de ensaio estabelecidas. O fluxo de calor uniforme aplicado à superfície do tubo variou entre 10 e 18 kW/m2, a vazão mássica entre 10 e 80 g/s. A temperatura de entrada na seção de testes foi mantida constante em 15 °C, 25 °C e 45 °C. As propriedades termofísicas dos nanofluidos, condutividade, viscosidade e massa especifica foram medidas experimentalmente e seus valores utilizados para a análise da transferência de calor. Em geral, o coeficiente de transferência de calor para nanofluidos apresentou incrementos significativos em comparação ao fluido base. Já os resultados para a queda de pressão de nanofluidos não apresentaram diferenças significativas quando comparados ao fluido base. Modelos para o cálculo da condutividade térmica e viscosidade, além daqueles para transferência de calor e perda de pressão foram propostos, apresentando boa concordância com os resultados experimentais.
Abstract
The present work deals on experimental study of thermal-hydraulic performance of nanofluids in single-phase flow inside tubes. Two different base fluids were used, water and ethylene glycol (50:50% wt) as well as OT-100 thermal oil. Silver, alumina, carbon nanotubes and diamond nanoparticles were dispersed into the base fluid using the two-step method. The tests were performed in single-phase flow, fully developed turbulent regime, inside smooth and horizontal tubes with uniform heat flux applied on the surface. An experimental bench was built and instrumented to guarantee the imposed conditions for the tests. The uniform heat flux was varied from 10 and 18 kW/m2, mass flow rate between 10 and 80 g/s. The inlet temperature was maintained constant in 15 °C, 25 °C e 45 °C. The thermophysical properties, thermal conductivity, viscosity and density were obtained experimentally and its values used to evaluate the heat transfer and pressure drop. In general, the heat transfer coefficient for nanofluids showed significant increments in comparison to the base fluids. The pressure drop for nanofluids was slightly higher or even the same order to those ones obtained by the base fluid. Models were proposed to evaluate the heat transfer coefficient and pressure drop as well as the thermal conductivity and viscosity showing good agreement with the experimental results.
Palavras-chave
Nanofluidos, Nanofluids, Nanopartículas, Nanoparticles, Coeficiente de transferência de calor, Heat transfer coefficient, Queda de pressão, Pressure drop, Condutividade térmica, Thermal conductivity, Viscosidade, Viscosity, Engenharia mecânica
Citação
CÁRDENAS GÓMEZ, Abdul Orlando. Avaliação experimental da transferência de calor e perda de pressão de nanofluidos em escoamento monofásico em dutos. 2019. 238 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2043.
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