Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/7818
Title: Dissipação viscosa em meios reológicos
Authors: Costa, André Ricardo Teixeira
Advisor: Soares, Armando da Assunção
Silva, Paula Luísa Nunes Braga da
Keywords: Mecânica dos fluidos
Hidrodinâmica
Issue Date: 5-Jul-2017
Abstract: Usou-se o método dos volumes finitos para investigar numericamente a influência da dissipação viscosa na transferência de calor por convecção forçada entre meios reológicos e um cilindro isotérmico. Os escoamentos têm comportamento newtoniano e não newtoniano, são bidimensionais, incompressíveis e permanentes em regime laminar caracterizados pelos números de Reynolds Re = 10 e 40. Os fluidos newtonianos estudados foram o nanofluido Al2O3/metanol com concentrações 0%, 0,05% e 0,25%, e a glicerina. Para estes fluidos considerou-se a massa volúmica (), a condutividade térmica (k), a viscosidade (η) e a capacidade calorífica a pressão constante (cp) dependentes da temperatura. Para os escoamentos não newtonianos usaram-se soluções de carboximetilcelulose de sódio (CMC) em água com concentrações 0,1%, 0,2% 0,4% e 0,6%. As propriedades termofísicas das soluções de CMC são independentes da temperatura e a sua viscosidade descrita pela lei de potência. A influência da dissipação viscosa na transferência de calor foi investigada para diferentes valores dos números de Brinkman (Br), de Prandtl (Pr) e de Péclet (Pe). São apresentados estudos detalhados das linhas isotérmicas em torno do cilindro e dos números de Nusselt médio (Nu) e local (Nu) calculados sobre a superfície do cilindro. No geral, os resultados revelaram que para as condições estudadas, o efeito de Br na transferência de calor no caso do nanofluido (Al2O3/metanol) é desprezável, contudo para a glicerina e para as soluções de CMC não pode ser ignorado. O comportamento reofluidificante das soluções de CMC influencia a dissipação viscosa, o que consequentemente altera o balanço energético entre o escoamento e o cilindro.
The viscous dissipation effect on the forced convection heat transfer between an isothermal cylinder and the rheological surrounding medium was investigated applying the finite volume method. The bidimensional, incompressible, steady and laminar fluid flow, over Reynolds numbers between Re = 10 and Re = 40, of Newtonian and non-Newtonian fluids was considered. The Newtonian fluids tested were Al2O3/methanol nanofluid, with 0%, 0,05% and 0,25% of solid fraction, and glycerine. For this fluids, the density (), the thermal conductivity (k), the viscosity (η) and the specific heat (cp) were considered temperature dependent. To the non-Newtonian flows, sodium carboxymethylcellulose (CMC) dissolved in water, with concentrations of 0,1%, 0,2% 0,4% and 0,6% were used. The thermophysical properties of the CMC solutions are temperature independent, and the respective viscosity is described as a power-law fluid. The effect of the Reynolds number (Re), Prandtl number (Pr) and Péclet number (Pe) on the viscous heating have been studied. In this paper are exposed the isothermal lines, the average Nusselt number (Nu) and the local Nusselt number (Nu ) above the cylinder surface. In the nanofluid case, the results show insignificant effect of Br in the heat transfer for the considered conditions. Nevertheless, in the glycerine and CMC flows this effect may not be ignored. The shear-thinning behaviour of CMC solutions has important effects on viscous dissipation that causes changes in the heat transfer between the flow and the cylinder.
Description: Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
URI: http://hdl.handle.net/10348/7818
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:TD - Dissertações de Mestrado

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