Dissertação

{pt_PT=Experimental and numerical characterization of the flow and heat transfer inside corrugated pipes} {} EVALUATED

{pt=O escoamento interno em tubos corrugados com diferentes passos, desde o regime laminar ao turbulento, foi estudado neste trabalho com o objetivo de caracterizar o escoamento e a influência desta geometria nas perdas de pressão e transferência de calor. Utilizando a água como fluido de trabalho e um fluxo de calor imposto, foi desenvolvido um trabalho numérico num software comercial de CFD, sendo o k-omega SST o modelo de turbulência escolhido. Uma parte experimental, onde a região de transição é bem definida, foi também desenvolvida para combinar e complementar o trabalho numérico, validando os modelos de escoamento selecionados. Tanto o fator de atrito quanto o número de Nusselt mostram aumentos nesta geometria quando comparados com o tubo liso, devido a um efeito de swirl induzido pela corrugação que acelera a transição de escoamento laminar para turbulento devido à separação do escoamento na corrugação. São encontrados pontos quentes térmicos. O fator de desempenho térmico, que pondera o aumento das perdas de pressão e da transferência de calor, usado como comparação com o tubo liso, mostra um bom desempenho nos tubos corrugados. O tubo corrugado adequado depende do regime do escoamento. O tubo com o menor passo estudado (6 mm) mostra melhor desempenho até Re ~ 2000 mas, o pior desempenho para Reynolds superiores. O tubo com o maior passo de corrugação (12 mm), tem melhor desempenho para Re > 2000, sendo uma melhor escolha geral se necessário para cobrir uma ampla gama de pontos de trabalho., en=The internal flow in different pitch corrugated tubes, covering from the laminar to the turbulent regime, was studied in this work with the goal to characterize the flow and the influence of this geometry in pressure losses and heat transfer. With water as a working fluid and an applied heat flux, a numerical part was developed with a CFD commercial software, where the k-omega SST model was used to model turbulence. An experimental part, where the transition region is well defined was also developed to match and complement the numerical work, validating the selected flow models. Both the friction factor and the Nusselt number increase in this geometry, when compared with the smooth tube, due to an induced swirl by the corrugation, which promotes the transition from laminar to turbulent flow to occur at lower Reynolds due to separation near the corrugation region. Thermal hotspots are found. The thermal performance factor, which weights the increase of both pressure losses and heat transfer, is used as a parameter to compare the corrugated tubes against the smooth tube. The corrugation geometries show a better performance. The optimal corrugated tube depends on the working flow regime. Hence, the tube with the lowest studied pitch (6 mm) shows better performance until Re ~ 2000, while it performs the worst at higher Reynolds. The tube with the highest corrugation pitch (12 mm), performs better for Re > 2000, being an overall optimal choice if necessary to cover a wide range of working points. }
{pt=Escoamentos Internos, Tubos Corrugados, Perdas de Carga, Transferência de Calor, Mecânica dos Fluídos Computacional, Estudo Experimental, en=Internal Flow, Corrugated Tubes, Pressure Drops, Heat Transfer, Computational Fluid Dynamics, Experimental setup}

Novembro 29, 2019, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

Ana Sofia Oliveira Henriques Moita

IN+ Centro de Estudos em Inovação, Tecnologia e Políticas de Desenvolvimento

Investigadora FCT

ORIENTADOR

Miguel Abreu de Almeida Mendes

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar