Influência da convecção mista sobre a otimização geométrica de um arranjo triangular de cilindros em escoamentos laminares

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2015
Autor(a) principal: Barros, Gabriel Moraes
Orientador(a): Santos, Elizaldo Domingues dos, Rocha, Luiz Alberto Oliveira
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Escoamentos Externos
Arranjo de Cilindros
Otimização Geométrica
Design Construtal
Convecção Mista
External Flows
Arrangement of Cylinders
Geometric Optimization
Construtal Design
Mixed Convection
Link de acesso: https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12477
Resumo: Dissertação (mestrado)
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spelling Barros, Gabriel MoraesSantos, Elizaldo Domingues dosRocha, Luiz Alberto Oliveira2025-03-26T18:18:06Z2025-03-26T18:18:06Z2015BARROS, Gabriel Moraes. Influência da convecção mista sobre a otimização geométrica de um arranjo triangular de cilindros em escoamentos laminares. 2015. 105f. Dissertação (mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2015.https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12477Dissertação (mestrado)O presente estudo numérico consiste em avaliar a forma geométrica de um arranjo triangular de cilindros submetidos a escoamentos transientes, bi-dimensionais, incompressíveis, laminares e com convecção mista por meios do Design Construtal, além do efeito do número de Richardson sobre o escoamento. A forma do arranjo foi escolhida, a fim de simular os arranjos escalonados de cilindros presentes em equipamentos térmicos comuns a embarcações, procurando-se diminuir o peso e custo dos equipamentos a bordo. As simulações foram realizadas para escoamentos com números de Reynolds e Prandtl, de 100 e 0,71, respectivamente, avaliando-se três diferentes números de Richardson: Ri = 0,1; 1,0 e 10,0. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia foram resolvidas com o uso do método de volumes finitos (MVF). A área ocupada pelos cilindros é uma restrição geométrica do problema e os cilindros têm o mesmo diâmetro. O principal objetivo é avaliar a influência do Ri sobre o coeficiente de arrasto (CD) e o número de Nusselt (NuD) entre os cilindros e o escoamento circundante, bem como obter as geometrias ótimas do problema multiobjetivo (fluidodinâmico e térmico). Foram simulados casos com a razão SL/D = 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 e 5,0 (passo longitudinal sobre o diâmetro) e os mesmos valores foram usados para a razão ST/D (passo transversal sobre o diâmetro). Os resultados mostraram que o aumento do número de Richardson levou a um crescimento das magnitudes do coeficiente de arrasto (CD) e número de Nusselt (NuD). Além disso, houve uma mudança significativa no comportamento das camadas limites térmicas e de velocidades com o aumento Ri que alterou o efeito da razão ST/D e SL/D em CD e NuD. Foram apresentados os resultados ótimos para os valores de Ri = 0,1; 1,0 e 10,0, além de comentários sobre as diferenças de comportamento dos escoamentos. Não há um comportamento ótimo universal para o escoamento, já que a geometria se adapta ao mecanismo motriz aplicado ao arranjo de cilindros.This numerical study is to assess the geometric shape of a triangular arrangement of circular cylinders submitted to transient, two-dimensional, incompressible, laminar and mixed convective flows by means of Construtal Design, in addition to evaluate the effect of the Richardson number on the flow. The shape of the arrangement was choses in order to simulate the staggered arrangement of cylinders present in heating plants common to boats, seeking to decrease the weight and cost of the equipment on board. The simulations were performed for Reynolds and Prandtl numbers, 100 and 0,71, respectively, evaluating three different numbers of Richardson: Ri = 0,1; 1,0 and 10,0. The mass conservation equations, momentum and energy were resolved using the finite volume method (FVM - English: Finite Volume Method). The area occupied by the cylinder is a geometric constraint problem and the cylinders have the same diameter. The main purpose is to evaluate the effect of Richardson number over the drag coefficient (CD) and Nusselt number (NuD) between the cylinders and the surrounding flow, as well as, and get the optimal geometry of the multi-objective problem (fluid dynamic and thermal). Were simulated cases with the ratio SL/D = 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 and 5,0 (ratio between longitudinal pitch and the cylinders diameter) and the same values were used for the ratio ST/D (ratio between transversal pitch and the cylinders diameter). The results showed that the increase in Richardson number led to an increase of the magnitude of the drag coefficient (CD) and the Nusselt number (NuD). In addition, there was a significant change in the behavior of thermal and velocity layers with the increase in Ri that alter the effect of ST/D and SL/D ratios in CD e NuD. Optimal results for Ri = 0,1; 1,0 and 10,0 were presented as well as comments on the differences in the flow behavior with different parameters. There is no universal optimum behavior for the flow, since the geometry adapts to the driving mechanism applied to the cylinder arrangement.porEscoamentos ExternosArranjo de CilindrosOtimização GeométricaDesign ConstrutalConvecção MistaExternal FlowsArrangement of CylindersGeometric OptimizationConstrutal DesignMixed ConvectionInfluência da convecção mista sobre a otimização geométrica de um arranjo triangular de cilindros em escoamentos laminaresinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da FURG (RI FURG)instname:Universidade Federal do Rio Grande (FURG)instacron:FURGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.furg.br/bitstreams/56f7dfeb-2c5d-44dd-890d-176d417ebb1a/download8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52falseAnonymousREADORIGINALGabriel.pdfGabriel.pdfapplication/pdf2964819https://repositorio.furg.br/bitstreams/87810e94-780c-46e3-87b0-87427efc2a70/download22f46249be978c5e026254cfc89e98efMD51trueAnonymousREADTEXTGabriel.pdf.txtGabriel.pdf.txtExtracted texttext/plain103680https://repositorio.furg.br/bitstreams/8d5b7e1b-dfcb-4d47-98ba-bcbf5484caef/download8a3a04fe4cffaae25706c0e172871788MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILGabriel.pdf.jpgGabriel.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3271https://repositorio.furg.br/bitstreams/375bb051-922a-48b0-bc64-f9515f3bfbf9/downloada773923373f653339f6d23c424230063MD54falseAnonymousREAD123456789/124772025-12-10 02:22:14.414open.accessoai:repositorio.furg.br:123456789/12477https://repositorio.furg.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.furg.br/oai/request || http://200.19.254.174/oai/requestrepositorio@furg.br||sib.bdtd@furg.bropendoar:2025-12-10T05:22:14Repositório Institucional da FURG (RI FURG) - Universidade Federal do Rio Grande (FURG)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