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Type: Dissertação
Title: Análise híbrida numérico-analítica da solidificação de gotículas super-resfriadas
Author(s)/Inventor(s): Carvalho, Igor Soares
Advisor: Cotta, Carolina Palma Naveira
Co-advisor: Cotta, Renato Machado
Abstract: O fenômeno de congelamento de gotículas líquidas super-resfriadas revela comportamentos térmicos importantes para diversas aplicações na engenharia, e a modelagem deste mecanismo seria muito útil na construção de revestimentos gelofóbicos com o intuito de reduzir o acúmulo de gelo sobre superfícies. Neste trabalho soluções híbridas numérico-analíticas são desenvolvidas para o modelo matemático relacionado ao congelamento de uma gotícula de água super-resfriada imersa em uma corrente de ar frio, e sujeita aos três principais fenômenos de transporte na interface entre a gotícula e o ambiente externo: transferência de calor por convecção, transferência de massa por convecção e transferência de calor por radiação. As soluções híbridas, com controle automático de erro, são obtidas através da aplicação da Técnica de Transformação Integral Generalizada (GITT) na formulação diferencial parcial transiente do problema de transferência de calor com contorno móvel. As condições de contorno não-lineares na interface entre a gotícula e o ar são incorporadas diretamente pela escolha de uma autofunção não-linear como base da expansão. Além disso, a frente de solidificação móvel não-linear é resolvida juntamente com o sistema de equações diferenciais ordinárias para as temperaturas transformadas. Após a verificação da solução em relação aos resultados numéricos previamente relatados e a validação com dados experimentais disponíveis na literatura, foi analisada a influência dos parâmetros físicos relacionados ao problema no tempo de congelamento das gotículas.
Abstract: Behaviors for many engineering applications and modeling such mechanism would be quite beneficial in tailoring surface coatings for achieving icephobicity to reduce ice adhesion and accretion. In this work, hybrid numerical-analytical solutions are developed for the mathematical model related to the freezing of a supercooled droplet immersed in a cold air stream, subjected to the three main transport phenomena at the interface between the droplet and the surroundings: convective heat transfer, convective mass transfer and thermal radiation. The developed error-controlled hybrid solutions are obtained through application of the Generalized Integral Transform Technique (GITT) on the transient partial differential formulation of this moving boundary heat transfer problem. The nonlinear interface temperature boundary conditions are directly accounted for by the choice of a nonlinear eigenfunction expansion base. Also, the nonlinear moving solidification front is solved for together with the ordinary differential system for the integral transformed temperatures. After verification of the solution against previously reported numerical results and validation with experimental data available in the literature, the influence of the related physical parameters on the droplet freezing time is analyzed.
Keywords: Transformação integral
Gotículas super-resfriadas
Tempo de congelamento
Subject CNPq: Engenharia Mecânica
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Dec-2019
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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