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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20671
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Soluções híbridas de difusão e convecção-difusão com transformações integrais e diferenças finitas |
Título(s) alternativo(s): | Hybrid diffusion and convection-diffusion solutions with integral transformations and finite differences |
Autor: | Mascouto, Fabricio da Silva |
Primeiro orientador: | Knupp, Diego Campos |
Segundo orientador: | Abreu, Luiz Alberto da Silva |
Primeiro membro da banca: | Libotte, Gustavo Barbosa |
Segundo membro da banca: | Zotin, José Luiz Zanon |
Terceiro membro da banca: | Costa Junior, José Martim |
Quarto membro da banca: | Silva, Wellington Betencurte da |
Resumo: | O presente trabalho apresenta uma série de soluções híbridas, numérico-analíticas, para problemas conjugados de transferência de calor convecção-difusão e problemas de condução. São abordados quatro problemas de transferência de calor com escoamento interno, apresentando diferentes aspectos nos casos estudados, passando por escoamentos com canal liso, corrugado e sinuoso, além de um problema em microcanal levando em consideração efeitos de slip flow e salto de temperatura na interface sólido-líquido, que são tipicamente desprezados em macroescala. Ainda no problema de escoamento interno em canal liso, para o problema de autovalor, além da formulação clássica de Sturm-Liouville, foi também abordado um problema que incorpora efeitos convectivos. Um último caso estudado apresenta um problema de condução de calor com geometria irregular. É criado um domínio fictício que abrange todo o domínio original, a fim de não realizar o seu tratamento explícito. Os problemas conjugados e de condução são formulados em domínio único e resolvidos através da Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT). Foi possível utilizar a formulação em domínio único, pois os coeficientes físicos foram propostos como funções com variações espaciais introduzidos na equação da energia, permitindo assim, o não tratamento explícito nas regiões de interação parede-fluido, possibilitando assim, o tratamento de geometrias complexas. O problema auxiliar de autovalor, gerado a partir da aplicação das transformações integrais, é solucionado através do Método das Diferenças Finitas, enquanto o sistema de equações diferenciais ordinárias gerado é resolvido analiticamente, tornando assim a técnica híbrida. As soluções obtidas pela GITT são comparadas ao longo do trabalho com resultados oriundos da plataforma COMSOL Multiphysics®. Assim, a metodologia híbrida foi capaz de resolver os problemas propostos de maneira correta, tomando como referência as soluções do COMSOL. Além disso, as soluções numéricas dos problemas de autovalor se mostraram vantajosas em relação às soluções com transformações integrais já apresentadas na literatura. |
Abstract: | The present article addresses several hybrid solutions (numerical-analytical) for conjugate diffusion-convection heat transfer problems and conduction. Four heat transfer cases with internal flow are discussed, going through different aspects, ranging from smooth, corrugated and sinuous channel flows, as well as a microchannel problem taking into account slip flow and temperature jump effects in the solid-liquid interface, which are typically despised at the macroscale. Still considering the internal flow in smooth channel, specifically in the eigenvalue problem, a problem that incorporates convective effects was also addressed, in addition to the classic formulation of Sturm Liouville. A final case study involves a heat conduction problem with an irregular geometry. A fictitious domain encompassing the entire original domain is created to avoid explicit treatment. The conjugated and conduction problems are solved using the Generalized Integral Transform Technique (GITT), with a single-domain formulation. This formulation could be used due to the approach of the coefficient with spatial variations introduced in the energy equation, thus allowing the non explicit treatment of the wall-fluid interaction regions, enabling the treatment of complex geometries. The auxiliary eigenvalue problem, generated from the application of integral transformations, is solved through the Finite Differences Method, while the generated ordinary differential equation system is solved analytically, thus making it a hybrid technique. The solutions obtained by GITT are compared throughout the work with results from the COMSOL Multiphysics® platform. Thus, the hybrid methodology was able to solve the proposed problems correctly, taking the COMSOL solutions as a reference. In addition, the numerical solutions of the eigenvalue problems proved to be advantageous in relation to the solutions with integral transformations already presented in the literature. |
Palavras-chave: | Conjugated problems Single domain Generalization integral transforms technique Microchannels Irregular geometries Problemas conjugados Domínio único Técnica da transformada integral generalizada Microcanais Geometrias irregulares Tranformadas integral Diferenças finitas Difusão |
Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional |
Citação: | MASCOUTO, Fabricio da Silva. Soluções híbridas de difusão e convecção-difusão com transformações integrais e diferenças finitas. 2023. 198 f. Tese (Doutorado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2023. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20671 |
Data de defesa: | 23-Ago-2023 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Modelagem Computacional |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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