UMA SOLUÇÃO HÍBRIDA ANALÍTICO-NUMÉRICA PARA UM PROBLEMA TÉRMICO EM DUTOS ANULARES CONCÊNTRICOS
DOI:
https://doi.org/10.26512/ripe.v2i12.21352Keywords:
Transformada Integral. Transformação Conforme. Convecção forçada laminar. Anular concêntrico.Abstract
Neste trabalho foi apresentada uma solução híbrida analítico-numérica para um problema térmico associado à transferência de calor por convecção forçada em um escoamento laminar desenvolvido e termicamente em desenvolvimento de fluidos Newtonianos com perfil de temperatura de entrada uniforme no interior de dutos anulares concêntricos submetidos a condições de contorno de Dirichlet. Para facilitar o tratamento analítico e a aplicação das condições de contorno uma Transformação Conforme foi utilizada visando transformar o domínio para um sistema de coordenadas mais apropriado.
Feito isso, a Técnica da Transformada Integral Generalizada (TTIG) foi aplicada na Equação da Energia para determinação do campo de temperatura. Os resultados numéricos foram obtidos para parâmetros térmicos de interesse, tais como: temperatura média de mistura, números de Nusselt local, médio e limite e comprimento de entrada térmica. Estes resultados foram comparados, quando possível, com aqueles disponíveis na literatura e apresentaram uma excelente concordância.
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References
Antonini Alves, T., 2006. Aplicação da Transformada Integral na Solução de uma Classe de Problemas Difusivos e Difusivo-Convectivos em Domínios de Geometria Não-Convencionais. Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Ilha Solteira, SP, Brasil, 360p.
Antonini Alves, T., Pelegrini, M.F., Ramos, R.A.V., & Maia, C.R.M., 2014a. Limiting power of nuclear fuel cells with variable sources. International Journal of Science and Advanced Technology, vol. 4, pp. 7-15.
Antonini Alves, T., Ramos, R.A.V., & Maia, C.R.M., 2014b. Laminar flow of newtonian fluids in concentric annular ducts. Revista Ciências Exatas e Naturais (Impresso), vol. 16, pp. 285-305.
Antonini Alves, T., Ramos, R.A.V., & Maia, C.R.M., 2015a. Escoamento laminar em dutos de setor circular. Ciência & Engenharia, vol. 24, pp. 1065-1074.
Antonini Alves, T., Ramos, R.A.V., & Maia, C.R.M., 2015b. Escoamento laminar em dutos de setor de anel circular. Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica, vol. 19, pp. 3-15.
Antonini Alves, T., Ramos, R.A.V., & Maia, C.R.M., 2015c. Uma solução híbrida analítico-numérica para o escoamento laminar em dutos bicônicos. Semina. Ciências Exatas e Tecnológicas (Impresso), vol. 36, pp. 119-132.
Antonini Alves, T., Ramos, R.A.V., & Maia, C.R.M., 2016. Aplicação da transformada integral generalizada e da transformação conforme na solução de um problema de convecção forçada laminar em dutos de setor de anel circular. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, vol. 2.
Chalhub, D.J.M.N., Sphaier, L.A., & Alves, L.S.B., 2014. Integral transform analysis of poisson problems that occur in discrete solutions of the incompressible navier-stokes equations. Journal of Physics, vol. 547, 012040.
Cotta, R.M., 1998. The Integral Transform Method in Thermal and Fluids Science and Engineering. New York: Begell House Inc., 430p.
Cotta, R.M., Knupp, D.C., Naveira-Cotta, C.P., Sphaier, L.A., & Quaresma, J.N.N., 2013. unified integral transforms algorithm for solving multidimensional nonlinear convection-diffusion problems. Numerical Heat Transfer, Part A, Applications, vol. 63, pp. 840-866.
Churchill, R.V., 1975. Variáveis Complexas e suas Aplicações. São Paulo: McGraw-Hill, 276p.
IMSL Math/Library, 1994. Visual Numerics, Edition 10, Version 2.0, Houston, TX-77042.
Knupp, D.C., Cotta, R.M., Naveira-Cotta, C.P., & Kakaç, S., 2015a. Transient conjugated heat transfer in microchannels: integral transforms with single domain formulation. International Journal of Thermal Sciences, vol. 88, pp. 248-257.
Knupp, D.C., Naveira-Cotta, C.P., & Cotta, R.M., 2015b. Fluid flow and conjugated heat transfer in arbitrarily shaped channels via single domain formulation and integral transforms. International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 82, pp. 479-489.
Knupp, D.C., Naveira-Cotta, C.P., Refer, A., Tiwari, M., Cotta, R.M., & Poulikakos, D., 2015c. Analysis of conjugated heat transfer in micro-heat exchangers via integral transforms and non-intrusive optical techniques. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, vol. 25, pp. 1444-1462.
Lima, G.G.C., Santos, C.A.C., Haag, A., & Cotta, R.M., 2007. Integral transform solution of internal flow problems based on Navier Stokes equations and primitive variables formulation. International Journal for Numerical Methods in Engineering (Print), vol. 69, pp. 544-561.
Lundberg, R.E., Mccuen, P.A., & Reynolds, W.C., 1963. Heat transfer in annular passages: hydrodynamically developed laminar flow with arbitrarily prescribed wall temperatures or heat fluxes. International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 6, pp. 495-529.
Maia, C.R.M., 2003. Solução de Problemas Difusivos e Difusivos-Convectivos em Domínio de Geometria Elíptica e Bicôncava pela Técnica da Transformada Integral Generalizada. Tese de Doutorado em Engenharia Mecânica, Faculdade de Engenharia Mecânica ”“ FEM, Universidade Estadual de Campinas ”“ Unicamp, Campinas, SP, 251p.
Maia, C.R.M., Aparecido, J.B., & Milanez, L.F., 2006. Heat transfer in laminar flow of non-newtonian fluids in ducts of elliptical cross section. International Journal of Thermal Sciences, vol. 45, pp. 1066-1072.
Maia, C.R.M., Ramos, R.A.V., Pelegrini, M.F., & Antonini Alves, T., 2005. Heat transfer study in slug flow on elliptical ducts cross section by generalized integral transform technique. Thermal Engineering, vol. 4, pp. 154-163.
Mikhailov, M.D., & Cotta, R.M., 1996. Ordering rules for double or triple eigenseries in the solution of multidimensional heat and fluid flow problems. International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 23, pp. 299-303.
Naveira-Cotta, C.P., Cotta, R.M., & Orlande, H.R.B., 2010. Inverse analysis of forced convection in micro-channels with slip flow via integral transforms and bayesian inference. International Journal of Thermal Sciences, vol. 49, pp. 879-888.
Pelegrini, M.F., 2005. Aplicação da Técnica da Transformada Integral para a Solução de Problemas Difusivos Transientes com Propriedades Termofísicas Variáveis. Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Ilha Solteira, SP, Brasil, 128p.
Pelegrini, M.F., Antonini Alves, T., Nishida, F.B., Ramos, R.A.V. & Maia, C.R.M., 2014a. Hybrid analytical-numerical analysis of SAE 4150 alloy steel rods cooling. Advanced Materials Research, vol. 1082, pp. 187-190.
Pelegrini, M.F., Antonini Alves, T., Ramos, R.A.V., & Maia, C.R.M., 2014b. Transient heat diffusion problems with variable thermal properties solved by generalized integral transform technique. International Review of Mechanical Engineering (Testo Stampato), vol. 8, pp. 931-940.
Shah, R.K., & London, A.L., 1978. Laminar Flow Forced Convection in Ducts. Advances in Heat Transfer, Supplement 1. New York: Academic Press Inc., 477p.
Silva, R.L.E., Santos, C.A.C., Quaresma, J.N.N., & Cotta, R.M., 2011. Integral transforms solution for flow development in wavy wall ducts. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, vol. 21, pp. 219-243.
Sphaier, L.A., 2012. Integral transform solution for heat transfer in parallel-plates micro-channels: combined electroosmotic and pressure driven flows with isothermal walls. International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 39, pp. 769-775.
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