Dissertação

{pt_PT=Numerical simulation of Al2O3-isopropanol nanofluid flows in tubes of circular cross-section} {} EVALUATED

{pt=O desenvolvimento de tecnologia com necessidades de arrefecimento acrescidas e a constante busca por soluções energéticas com melhores desempenhos tem motivado a comunidade científica na procura de soluções de arrefecimento alternativas. Tal facto promoveu o desenvolvimento dos nanofluidos, uma nova classe de fluidos de arrefecimento que são simplesmente suspensões coloidais de nanopartículas sólidas num fluido de arrefecimento usual. Esta combinação tem a particularidade de alterar as propriedades termofísicas dos fluidos base, promovendo um possível melhoramento da capacidade de transmissão de calor do sistema. O potencial exibido pelos nanofluidos motivou um estudo experimental onde se avaliou a capacidade de transferência de calor e as propriedades hidrodinâmicas de um escoamento de um nanofluido composto por nanopartículas de Al2O3 e isopropanol. Paralelamente, propôs-se uma investigação numérica baseada na hipótese de escoamento a uma fase, resultando no presente trabalho. O coeficiente de transmissão de calor e o fator de atrito foram calculados computacionalmente e, como conclusões principais, salienta-se o bom grau de concordância entre os valores experimentais e os previstos, para regime laminar. Em regime turbulento essa concordância não foi tão elevada, mas foi suficiente para não comprometer a validade das hipóteses consideradas. A análise paramétrica mostrou um ligeiro aumento do coeficiente de transmissão de calor com a adição de nanopartículas para regime laminar, mas uma considerável degradação do mesmo em regime turbulento, quando comparado através duma condição de caudal mássico constante. Os mesmos resultados interpretados à luz duma condição de Re constante produziram conclusões substancialmente diferentes, não se recomendando assim o seu uso. , en=The development of more advanced technology with increased cooling needs and the continuous search for solutions with better energetic performances has been motivating the heat transfer community to find alternatives to the cooling techniques employed until now. Such intensive search promoted the advent of nanofluids, a novel type of coolants which are no more than colloidal suspensions of solid nanoparticles into common cooling fluids. This nanoparticles addition has the particularity of modify the thermal properties of the base fluids, what promotes a possible enhancement of the system's heat transfer performance. The potential exhibited by nanofluids motivated an experimental study regarding the evaluation of the heat transfer performance and the hydrodynamic characteristics of an Al2O3-isopropanol nanofluid flow. As a complement, a numerical investigation based on a single-phase conventional approach was proposed, which has resulted in the present work. Both heat transfer coefficient and friction factor were computationally computed and, as main conclusions, we can state the good agreement between experimental data and predictions for laminar flow. In turbulent flow conditions, the match between predictions and experiments was not so high as for laminar flow, still it does not compromise the validity of the assumptions followed. The parametric analysis showed a small increase of the heat transfer coefficient with the addition of nanoparticles for laminar flow and a considerable deterioration in turbulent flow conditions, when compared under a constant mass flow rate condition. The same results interpreted in a constant Re basis produced significantly different conclusions, being then not recommended its use. }
{pt=Nanofluidos, Al2O3-isopropanol, Investigação numérica, Condição de escoamento a uma fase, Estudo comparativo, en=Nanofluids, Al2O3-isopropanol, Numerical investigation, Single-phase conventional approach, Comparative study}

Julho 10, 2019, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

Pedro Jorge Martins Coelho

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático