Desenvolvimento de código bidimensional transiente para estudo da transferência de calor em escoamento laminar e incompressível aplicado a convecção natural com alta variação de razões de aspeto

Autor: Rodríguez, Claudio Alfredo Torres, 1986
Přispěvatelé: Santos, Rogério Gonçalves dos, 1978, Ismail, Kamal Abdel Radi, Salinas Sedano, Carlos Teofilo, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Rogério Gonçalves dos Santos Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: No presente trabalho, desenvolveu-se um código numérico em linguagem C ++, que resolve a equação na forma bi-dimensional de Navier-Stoke, de balanço de massa e energia no estado estacionário e transitório, para fluidos incompressíveis em regime laminar. Implementando um algoritmo SIMPLE para acoplar velocidade e pressão. A hipótese de Boussinesq foi adotada para modelar os efeitos de variação de densidade devido a temperatura em problemas de convecção natural. Usando este novo código, a relação de aspecto na convecção natural foi analisada numericamente em uma cavidade retangular aquecida em um dos lados e resfriada no lado oposto. Este método de transferência de calor tem um interesse especial em ciências térmicas, mecânica de fluidos e uma ampla gama de aplicações em engenharia. Nas simulações numéricas, as temperaturas das diferentes paredes foram assumidas como constantes. O objetivo foi determinar os efeitos da relação de aspecto H / L (Altura / Comprimento) e do esquema numérico sobre o comportamento do fluxo e a transferência de calor na cavidade. As simulações foram realizadas para razões de aspecto 0,25; 0,5; 1,0; 2,0 e 4,0 e números de Rayleigh 103, 104, 105 e 106 usando os esquemas UpWind, Lei de Potência e Central. Os resultados mostram que a relação de aspecto tem menor influência na temperatura e no campo de velocidade do que o número de Rayleigh. Finalmente, para analisar a escalabilidade, um novo código paralelo foi implementado usando a ferramenta PETSc (Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation) e uma avaliação sobre o uso desta foi realizada Abstract: In the present work, was developed a numerical code homemade on C++ language, which solve in the bi-dimensional form the Navier-Stoke equation, the mass and energy balance on steady state or transient, for non-compressible fluid in laminar regime. Implementing a SIMPLE algorithm to couple the differential equations of velocity and pressure. The Boussinesq hypothesis was adopted to model the effects of density variation due to temperature in natural convection problems. Using this new code the aspect ratio in natural convection was numerically analyzed in a rectangular cavity heated on one of the sides and cooled on the opposite side. This spontaneous method of heat transfer has an especial interest in thermal sciences, fluid mechanics and a wide range of applications in engineering. In the numerical simulations temperatures of the different walls were assumed to be constant. The objective was to determine the effects of the aspect ratio H/L (Height/Length) and the numerical scheme on flow behavior and heat transfer in the cavity. Simulations were performed for aspect ratios 0.25, 0.5, 1.0, 2.0 and 4.0 and Rayleigh number 103, 104, 105 and 106 using the UpWind, Power Law and Central schemes. Results show that the aspect ratio has lower influence in the temperature and streamlines fields than Rayleigh number. Finally to analyze the scalability a new parallel code was implemented using PETSc (Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation) and an evaluation about this tool was done Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica
Databáze: OpenAIRE
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