dc.creator | Almeida, Vagner Flores de | |
dc.date.accessioned | 2023-11-16T11:43:28Z | |
dc.date.available | 2023-11-16T11:43:28Z | |
dc.date.issued | 2023-10-11 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/30509 | |
dc.description.abstract | Natural convection from elliptical tubes is present in many engineering applications. Electric
power transformers are examples of equipment that use a bundle of elliptical tubes setting
radiators to dissipate the heat generated in this electric machine. Due to the high cost and
great importance of transformers for the electrical power networks, it is essential to analyse
the thermal performance of these machines. However, experimental tests may require huge
efforts in terms of setup and time resources. Given this situation, CFD techniques become
a great ally for the investigation of heat transfer in transformer radiators. Current scientific
literature does not provide specific numerical studies on a bank of vertical elliptical tubes
similar to that used in transformer radiators. In order to fill this gap, this work proposes carrying
out a numerical study on a representative computational model of the elliptical tubes
radiator, aiming to obtain numerical correlations of the average Nusselt number as a function
of the Rayleigh number and the spacing between tubes. The numerical study of the
above physical problem is achieved by the finite volume method. To this end, the tools from
the Ansys® R2021 commercial package are used both in the pre-processing and to solve
the governing equations in order to obtain the heat transfer rate from the elliptical tubes to
the ambient air. The CFD model consists of a bundle of vertical elliptical tubes immersed
in a volume of quiescent air. The surfaces of elliptical tubes are defined as walls assigned
to constant temperature. The flow was assumed to be three-dimensional, in steady-state
condition and laminar. Air was modeled as according to the incompressible ideal gas law.
The values of the average Nusselt number of elliptical tubes are computed for different ambient
temperature values and in different distance configurations between the tubes. From
the results of the various simulations, numerical correlations are proposed for the Nusselt
number, which may serve as a guide for numerical studies of transformers as well as for
optimizing the design of elliptical tubes radiators. | eng |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Convecção natural | por |
dc.subject | Simulação computacional | por |
dc.subject | Radiador de tubos elípticos | por |
dc.subject | Número de Nusselt | por |
dc.subject | Natural convection | eng |
dc.subject | CFD | eng |
dc.subject | Elliptical tube radiator | eng |
dc.subject | Nusselt number | eng |
dc.title | Estudo numérico da convecção natural em um banco de tubos elípticos verticais | por |
dc.title.alternative | Numerical study of natural convection in a bundle of vertical elliptical tubes | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | O fenômeno da convecção natural em tubos elípticos está presente em diversas aplicações
da engenharia. Os transformadores elétricos de potência são exemplos de equipamentos
que utilizam um conjunto banco de tubos elípticos que formam radiadores com a finalidade
de dissipar o calor gerado nesta máquina elétrica. Devido à grande importância dos
transformadores para o setor elétrico e seu alto custo, torna-se imprescindível a análise
da performance térmica destas máquinas. No entanto, os testes experimentais podem
demandar uma grande quantidade de recursos físicos, humanos e de tempo. Com este
cenário, as simulações CFD tornam-se uma grande aliada para a investigação da transferência
de calor nos radiadores dos transformadores. A literatura cientifica atual não disponibiliza
estudos numéricos específicos em um banco de tubos elípticos verticais similar
ao empregado nos radiadores dos transformadores. Diante desta lacuna, esta pesquisa
propõe a realização de um estudo numérico em um modelo computacional representativo
do radiador de tubos elípticos, com o objetivo de obter correlações numéricas que relacionem
o número de Nusselt médio com o número de Rayleigh e o distanciamento entre os
tubos. O estudo numérico do problema físico acima é abordado pelo método dos volumes
finitos. Para tal, as ferramentas do pacote comercial Ansys® R2021 são empregadas tanto
no pré-processamento, quanto para resolver as equações governantes e avaliar a transferência
de calor dos tubos elípticos para o ar ambiente. O modelo CFD consiste em um
banco de tubos elípticos verticais imersos em um volume de ar quiescente. As superfícies
dos tubos elípticos são definidas como paredes submetidas a temperatura constante. A
transferência do calor da parede dos tubos para o ar foi tratada como um problema tridimensional
em regime permanente. O ar foi assumido como gás ideal incompressível em
escoamento laminar. São computados os valores do número de Nusselt médio dos tubos
elípticos para diferentes valores de temperatura ambiente e nas diferentes configurações
de distanciamento entre os tubos. Com os resultados das diversas simulações realizadas,
são propostas correlações numéricas para o número de Nusselt, as quais poderão servir
de guia para estudos numéricos dos transformadores bem como para otimização dos radiadores
de tubos elípticos. | por |
dc.contributor.advisor1 | Falcão, Carlos Eduardo Guex | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3772992795723961 | por |
dc.contributor.referee1 | Barreto, Eduardo Xavier | |
dc.contributor.referee2 | Zancanaro Júnior, Flavio Vanderlei | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/0375596190234383 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Mecânica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |