[pt] ANÁLISE NUMÉRICO-EXPERIMENTAL DO PROCESSO DE FUSÃO DE SUBSTÂNCIAS APRESENTANDO UM MÁXIMO DE DENSIDADE

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: GISELE RIBEIRO VIEIRA
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: MAXWELL
• Palavras-chave em Português: [pt] PROCESSO DE FUSAO; [pt] ANALISE NUMERICO-EXPERIMENTAL; [pt] MAXIMO DE DENSIDADE; [en] MERGER PROCESS; [en] NUMERICAL AND EXPERIMENTAL ANALYSIS; [en] MAXIMUM DENSITY
• Link de acesso: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=33156&idi=1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=33156&idi=2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.33156

[pt] Este trabalho apresenta uma análise do processo de fusão de uma substância pura em uma cavidade retangular; a qual tem uma das paredes verticais aquecida. A fase sólida do material em mudança de fase é mantida isotérmica à temperatura de fusão. Consequentemente, todo o processo é controlado pela convecção natural térmica na fase líquida. Os gradientes de densidade são devidos unicamente ao campo de temperaturas. O escoamento é laminar e a análise é feita de forma bidimensional. O fluido de trabalho é newtoniano. Supõe-se que a hipótese de Boussinesq é válida, ou seja, considera-se que o fluido possui densidade constante, com exceção do termo de força de empuxo da equação de momentum. São propostas algumas aproximações para descrever o comportamento da densidade em função da temperatura neste termo. As aproximações propostas dependem da substância de trabalho e da gama de temperaturas considerada. Materiais com diferentes números de Prandtl, sujeitos à fusão são analisados numericamente. A simulação numérica utiliza o Método dos Volumes Finitos e é baseada em uma hipótese que considera o processo de fusão como uma sucessão de estados quase-estacionários. Assim, a partir de uma dada posição da frente de fusão, resolve-se as equações de convecção natural em uma cavidade fixa. O formato irregular da interface sólido-líquido é levado em conta através de uma transformação de coordenadas não-ortogonais. De posse da solução da transferência de calor na interface, pode-se determinar a posição da frente de fusão no final do passo de tempo considerado. Em seguida, retorna-se o cálculo do escoamento convectivo para a nova cavidade líquida. O processo é repetido até que o processo de fusão chegue próximo ao fim. O caso da água, que passa por um máximo de densidade próximo à temperatura de 4 graus Celsius, recebe atenção especial. O comportamento anômalo da densidade desta substância pode exercer forte influência sobre a transferência de calor durante o processo de fusão do gelo. O interesse particular no caso da água se deve ao fato do máximo de densidade ocorrer em um domínio de temperaturas frequentemente encontrado na natureza e em diversas aplicações tecnológicas. A carência de trabalhos neste campo motivou a realização de uma parte experimental. Os experimentos realizados permitem medidas de temperatura e observações fotográficas do escoamento e do avanço da frente de fusão. Os resultados mostram que a variação não-linear da densidade do termo de força de empuxo afeta a transferência de calor por convecção natural, o movimento da interface e a estrutura do escoamento.