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Tipo do documento: Dissertação
Título: Análise de convecção interna conjugada em microcanais utilizando a técnica da transformada integral
Título(s) alternativo(s): Conjugated internal convection analysis in micro-channels via integral transforms
Autor: Brito, Marcos Alejandro 
Primeiro orientador: Chalhub, Daniel José Nahid Mansur
Primeiro membro da banca: Mangiavacchi, Norberto
Segundo membro da banca: Knupp, Diego Campos
Terceiro membro da banca: Sphaier, Leandro Alcoforado
Resumo: A proliferação de dispositivos eletrônicos em diversos setores representa um desafio na gestão térmica. Dispositivos menores e mais potentes impõem a necessidade de uma melhor dissipação de calor. A tecnologia de microcanais, com diâmetros hidráulicos na faixa de 1 micrômetro a 1 milímetro, oferece melhor transferência de calor, compactação e integração sem aumento significativo do espaço. Dentro deste contexto, o presente trabalho considera um problema de Graetz estendido considerando convecção interna conjugada em um microcanal de placas paralelas, para um caso bidimensional permanente em duas regiões, onde as equações de convecção-difusão são aplicadas. As equações mencionadas consideram os efeitos de difusão de calor tanto na região da parede quanto no fluido, cruciais para escoamentos com números de Péclet baixos. As propriedades térmicas são presumidas constantes dentro de cada uma das regiões, enquanto o escoamento é considerado dinamicamente desenvolvido, porém termicamente em desenvolvimento incluindo condições de deslizamento com saltos de temperatura e velocidade na interface fluido-sólido. Apresenta-se uma solução semi-analítica baseada na Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT) que oferece uma abordagem metódica para resolver problemas de condições de contorno de transferência de calor em regime permanente e transiente. Portanto, utilizando o método da matriz exponencial, o sistema de equações diferenciais acoplado resultante da GITT é resolvido analiticamente. Diversas pesquisas anteriores sobre convecção interna conjugada foram desenvolvidas empregando uma formulação de domínio único e região única. No entanto, esta dissertação introduz uma nova metodologia para uma formulação em duas regiões utilizando um esquema de autofunções definidas por partes e um estudo paramétrico preliminar para investigar a influência de vários parâmetros combinados no desempenho do sistema. Os resultados da presente investigação forneceram o perfil de temperatura em ambas as regiões e o comportamento do número de Nusselt em função do número de Péclet, Knudsen, o efeito conjugado da região sólida e a relação de condutividades térmicas, além de validar esses resultados emrelação a estudos anteriores.
Abstract: The rise of electronic devices across sectors poses a thermal management challenge. Smaller, more potent devices highlight the need for better heat dissipation. Microchannel technology, with hydraulic diameters ranging from 1 micrometer to 1 milimeter, offers improved heat transfer, compactness, and integration without much space increase. Within this framework, the present work considers an extended Graetz problem with conjugated internal convection in a parallel plate microchannel, which is modeled as two-dimensional and steady-state across two distinct regions: the solid wall and the fluid, where the convection-diffusion equations are applied. The mentioned equations account for heat diffusion effects in both the wall and fluid domains, crucial for flows with small Péclet numbers. Thermal properties are assumed to be constant within each of the regions, while the flow is considered hydrodynamically developed but thermally developing. Moreover, slip flow and temperature jump conditions are also considered. A semi-analytical solution is presented based on the Generalized Integral Transform Technique (GITT) which offers a methodical approach for solving steady-state and time-dependent boundary value heat transfer problems. Therefore, using the matrix exponential method, the coupled ordinary differential equations system resulting from the GITT is analytically solved. Several previous research efforts on conjugated internal convection, have been developed employing a single-domain and single-region formulation. However, this work introduces a novel methodology for a single-domain, two-region formulation using piecewise-defined eigenfunctions and a preliminary parametric analysis to investigate the influence of various combined parameters on the performance of the system. The results of this investigation provided the temperature profile in both regions and characterized the behavior of the Nusselt number as a function of the Péclet and Knudsen numbers, the conjugate effect of the solid region, and the thermal conductivity ratio. Furthermore, these results were validated against previous studies.
Palavras-chave: Engenharia mecânica
Calor - Convecção natural
Transformadas integrais
Mecânica dos fluidos
Mechanical engineering
Heat - Convection, Natural
Integral transforms
Fluid mechanics
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::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Citação: BRITO, Marcos Alejandro. Análise de convecção interna conjugada em microcanais utilizando a técnica da transformada integral. 2025. 115 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24483
Data de defesa: 10-Jun-2025
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Mecânica



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