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Dissertação

Laminar flow and heat transfer in triply periodic minimal surfaces EVALUATED

Detalhes: As espumas metálicas têm propriedades desejáveis para a melhoria do desempenho de permutadores de calor, como elevadas porosidade, área específica e tortuosidade, pois permitem maior transferência de calor para um dado volume quando comparadas com geometrias tradicionais, como por exemplo a placa plana. Com o desenvolvimento da manufactura aditiva surgiu a oportunidade de ajuste da geometria dos meios porosos e usar geometrias como superfícies mínimas periódicas. Superfícies mínimas periódicas (TPMS) são superfícies definidas matematicamente, infinitas no espaço 3-D, que minimizam a curvatura média local da superfície para uma determinada condição de fronteira e podem dividir o espaço em duas regiões contínuas entrelaçadas entre si com curvaturas suaves e sem arestas ou ângulos. Devido à sua natureza suave e labiríntica, são candidatas efectivas à geometria de meios porosos para aumentar a transferência de calor, minimizando perda de carga. Para avaliar as propriedades das TPMS foram obtidas soluções detalhadas das equações de Navier-Stokes 3-D para células 3-D periódicas baseadas nas topologias Schwarz-P, Schwarz-D e Schoen Gyroid com diferentes espessuras de parede. O regime laminar inercial estacionário foi investigado e o Reynolds de transição foi obtido para as geometrias. A queda de pressão foi calculada através da equação de Darcy-Forcheimmer e pelo factor de atrito de Darcy. Para avaliar as capacidades de transferência de calor, foram obtidas condutividades térmicas efectivas e números de Nusselt para temperatura de parede constante. Finalmente, as transferências de calor, potências de bombagem e eficiências na utilização do material foram comparadas com o caso de benchmark da placa plana.
Keywords: meios porosos, superfícies mínimas períodicas, escoamento laminar, convecção, permutadores de calor, MFC

Discussão: julho 9, 2019, 18:0