Orientador: Luiz Fernando Milanez

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: O presente trabalho trata do estudo numérico da fusão de materiais de mudança de fase (PCMs-Phase Change Materials) no interior de uma cavidade retangular e de um cilindro horizontal, usando-se de um aquecimento isotérmico na parede de tais geometrias, utilizando-se de um código CFD....

Resumo: O presente trabalho trata do estudo numérico da fusão de materiais de mudança de fase (PCMs-Phase Change Materials) no interior de uma cavidade retangular e de um cilindro horizontal, usando-se de um aquecimento isotérmico na parede de tais geometrias, utilizando-se de um código CFD. Inicialmente o material sólido encontra-se sub-resfriado. O objetivo é verificar a influência do aquecimento no processo de fusão, bem como o efeito do subresfriamento neste. Algumas hipóteses simplificadoras foram assumidas no modelo matemático. As propriedades termofísicas dos PCMs foram consideradas constantes, exceto para a densidade, onde a aproximação de Boussinesq fora utilizada e, para a fusão do gelo, empregou-se a relação proposta por Gebhart e Mollendorf (1977). O problema foi resolvido usando uma formulação matemática baseada no método da entalpia-porosidade, o qual permite o uso de uma grade espacial fixa. As grades computacionais utilizadas foram selecionadas após verificar-se que os resultados não variavam mais com o refinamento. O fluxo total de calor na superfície interna das paredes também fora obtido para os sistemas, bem como perfis de temperatura, linhas de correntes e perfis das frentes de fusão. Correlações para os tempos totais de fusão dos PCMs em função dos números adimensionais de Stefan e Rayleigh também foram apresentados. Os resultados numéricos foram comparados a resultados experimentais disponíveis na literatura, apresentando boa concordância

Abstract: The present work deals with the numerical study of melting of PCMs inside a rectangular cavity with all isothermally heated walls and inside a horizontal cylinder with isothermally heated wall, utilizing a CFD code. Initially the solid material is sub-cooled. The objective is to verify the...

Abstract: The present work deals with the numerical study of melting of PCMs inside a rectangular cavity with all isothermally heated walls and inside a horizontal cylinder with isothermally heated wall, utilizing a CFD code. Initially the solid material is sub-cooled. The objective is to verify the influence of the heating in the melting process as well as the sub-cooling effect. Some simplifying hypotheses were assumed in the mathematical model. The thermophysical properties of phase change material were considered constants, except for the density where the Boussinesq aproximation was utilized and, for the ice melting, a relation proposed by Gebhart and Mollendorf (1977) was employed. The problem was solved by using a mathematical formulation based on the enthalpy-porosity method, which allows the use of a fixed spatial grid. The computational grid used was selected after checking that the results did not vary with more refinement. The total heat flux on the inner surfaces was obtained for the systems, as well as several temperature profiles, streamlines and melting front positions. Correlations for the total PCM melting time as a function of the dimensionless numbers of Stefan and Rayleigh were presented. Numerical results were compared with experimental results suitable in the literature showing be in good agreement