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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2019.tde-10082020-093807
Documento
Autor
Nome completo
Rodrigo Salles Maturana
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Gómez, Luben Cabezas (Presidente)
Moraes, Anderson Antonio Ubices de
Seixlack, André Luiz
Título em português
Cálculo da efetividade de temperatura e do fator de correção LMTD de trocadores de calor de fluxo cruzado
Palavras-chave em português
Efetividade
Fator de correção
Fluxo cruzado
Trocadores de calor
Resumo em português
O intenso uso de trocadores de calor nas indústrias – como química, automotiva e de refrigeração criou a necessidade de ferramentas computacionais que possam predizer de forma mais precisa seu desempenho térmico. Por esse motivo, essa dissertação tem por intuito descrever e apresentar uma metodologia numérica de simulação térmica de trocadores de calor de fluxo cruzado. A metodologia apresentada no Capítulo 3 tem sido empregada para simular diversas configurações de trocadores de fluxo cruzado, e permite calcular numericamente dados dos parâmetros de desempenho térmico pelo método da efetividade - números de unidades de transferência (ε-NUT) para arranjos de escoamento simples e complexos. A exatidão dos dados simulados tem sido confirmada através da comparação com relações analíticas teóricas da literatura para trocadores de fluxo cruzado com uma a quatro fileiras, e para arranjos paralelo e contracorrente cruzados com um a quatro passes. Baseado no uso do método matricial para o cálculo da efetividade ε, foi permitido a obtenção de relações teóricas da efetividade para trocadores de calor de uso industrial, por exemplo, trocadores de calor com a configuração em formato Z. Finalmente, no capítulo 4, a comparação entre os casos contracorrente e paralelo-cruzado, permitindo a obtenção de relações analíticas para doze configurações gerais diferentes, incluindo arranjos de fluxo cruzado com várias fileiras de tubos (circuitos do fluido interno), e arranjos, paralelo e contracorrente-cruzados, com vários passes do fluido interno e várias fileiras de tubos (circuitos). Em todos os casos, tem-se obtido resultados bastantes precisos numa faixa de valores extensa das variáveis NUT e C*. Os procedimentos propostos constituem ferramentas de pesquisa muito úteis para estudos teóricos e experimentais sobre o desempenho térmico de trocadores de calor de fluxo cruzado. Os métodos estudados permitem calcular o fator de correção F do método da diferença média logarítmica de temperaturas, assim como parâmetros de desempenho relacionados com a geração de entropia e o novo conceito de eficiência do trocador de calor.
Título em inglês
Modeling of effectiveness temperature and LMTD correction factor F applied to crossflow heat exchangers
Palavras-chave em inglês
Correction factor
Crossflow
Effectiveness
Heat exchanger
Resumo em inglês
Frequent use of crossflow heat exchangers in industries - such as chemical, automotive and refrigeration – has created the need for more complex computational tools so that you can predict even better its thermal performance. Because of that, this work presents different methodologies for calculating effectiveness and other evaluation parameters of thermal performance of crossflow heat exchangers. In Chapter 3 was developed a methodology to simulate twelve configurations of crossflow heat exchangers and to calculate numerically data of thermal performance parameters by the method of effectiveness - number of transfer unit (ε-NTU) for simple and complex flow arrangements. The accuracy of simulated data has been confirmed by comparison with analytical theoretical relations from literature for crossflow heat exchangers with one to four rows, and for parallel and counter-crossflow arrangements with one to four passes on the in-tube fluid. Based on use of matrix method for calculating ε effectiveness, it became possible obtaining theoretical relationships of effectiveness for heat exchangers of industrial use, for example, heat exchangers with Z format configuration.Finally, the methodology studied in Chapter 4 allows to obtain analytical relationships for twelve different general configurations including one-pass cross-flow arrangements with several tube rows (in-tube fluid circuits), and parallel and counter-crossflow arrangements with several passes of internal fluid and several tube rows (in-tube fluid circuits). In all cases, it has obtained quite accurate results in a wide range of values of NTU and C* variables. The proposed procedures are useful research tools for theoretical and experimental studies on the thermal performance of crossflow heat exchangers. Besides calculation of effectiveness, studied computational procedures make it possible to obtain the correction factor F of mean logarithmic temperature difference method, as well as performance parameters related to entropy generation and a new concept of heat exchanger efficiency.
 
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Data de Publicação
2020-08-18
 
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