Dissertação

Unsteady flow and heat transfer through triply periodic minimal surfaces EVALUATED

Novos avanços nos métodos de fabricação, como a impressão 3D, permitem a construção de novas espumas metálicas adequadas para o melhoramento do desempenho de permutadores de calor. As superfícies mínimas triplamente periódicas (SMTP) são ótimas candidatas à estrutura da espuma de um permutador de calor, porque separam o espaço em dois canais diferentes que se interconectam continuamente com uma área de superfície mínima, promovendo o uso mínimo de material com uma elevada transferência de calor. O presente trabalho recorre a simulações numéricas de escoamento incompressível 3D, através de estruturas porosas periódicas, constituídas por células cúbicas baseadas nas topologias Schwarz-D (SD) e Schoen-Gyroid (G) com múltiplas porosidades, entre 60 e 100\%. Os resultados da simulação são obtidos cobrindo uma gama de números de Reynolds, desde escoamento laminar estacionário (regime de Darcy e Forchheimer moderado) até escoamento laminar não-estacionário (regime forte de Forchheimer). Múltiplas simulações com volumes elementares representativos (REVs) em diferentes posições, foram conduzidas para validar o cálculo de parâmetros macroscópicos para modelos de meios porosos utilizando apenas uma célula cúbica periódica unitária (apenas um REV). É obtida a localização da zona de transição para o regime laminar não-estacionário em função da porosidade. É proposta uma correlação para o número de Nusselt para a superfície Schoen-Gyroid (G) em escoamento laminar estacionário, para um intervalo de porosidades e números de Prandtl. Finalmente, a transferência de calor, a potência de bombagem e a eficiência das geometrias foram comparadas com o caso usual da placa plana, cobrindo o regime de escoamento laminar não-estacionário.
meios porosos, permutadores de calor, superfícies triplamente periódicas, mêcanica dos fluidos computacional, escoamento laminar

setembro 23, 2020, 16:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Miguel Abreu de Almeida Mendes

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

José Manuel Da Silva Chaves Ribeiro Pereira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar