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Dissertação

{pt_PT=Unsteady flow and heat transfer through triply periodic minimal surfaces} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=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., en=New advancements in manufacturing methods such as 3D printing, allow the construction and projection of novel metallic foams suitable for the improvement of heat exchangers performance that outperform those typically used. The Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS) are great candidates for the foam structure because they separate the space into two different channels that continually interconnect with a minimum surface area, promoting the minimum use of material with a high heat transfer. The present work deals with the numerical simulations of 3D incompressible flow through periodic porous structures, consisting of cubic cells based on the Schwarz-D (SD) and Schoen-Gyroid (G) topologies with multiple porosities between 60 and 100\%. Simulation results are obtained covering a range of Reynolds numbers from laminar steady flow (Darcy and moderate Forchheimer regime) to laminar unsteady flow (strong Forchheimer regime). Multiple Representative Elementary Volume (REV) simulations in different positions were conducted to validate calculations of macroscopic parameters for porous media models carried out employing a unit periodic cubic cell (single REV). Transition region location to a laminar unsteady regime, as a function of porosity, is obtained. A correlation for the Nusselt number is proposed for the Schoen-Gyroid (G) surface in laminar-steady flow, for a range of porosities and Prandtl numbers. Finally, heat transfer, pumping power, and material efficiency were compared with the usual case of the parallel flat-plate covering the laminar unsteady flow.}
Keywords: {pt=meios porosos, permutadores de calor, superfícies triplamente periódicas, mêcanica dos fluidos computacional, escoamento laminar, en=porous media, heat exchanger, triply periodic minimal surface, CFD, laminar flow}

Discussão: setembro 23, 2020, 16:0