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http://hdl.handle.net/10773/16556
Title: | Caracterização experimental do coeficiente de transferência de calor por convecção em sistemas nano-fluídicos |
Author: | Matos, Inês Fonseca Carvalho de |
Advisor: | Correia, Mónica |
Keywords: | Engenharia mecânica Transmissão de calor Nanofluidos Nanotubos de carbono |
Defense Date: | 2015 |
Publisher: | Universidade de Aveiro |
Abstract: | A intensificação da transferência de calor em sistemas industriais e de
consumo, assim como o uso racional de energia, são preocupações cada vez
mais comuns em engenharia. Para dar resposta aos desafios atuais, uma nova
classe de fluidos de transferência de calor tem vindo a ser desenvolvida,
impulsionada pelos avanços da nanotecnologia nos últimos anos. Estes novos
fluidos, denominados nanofluidos, são suspensões de partículas de escala
nanométrica, dispersas num fluido convencional. A literatura é unânime na
identificação do seu potencial enquanto fluidos de permuta, devido às suas
propriedades termofísicas superiores às dos fluidos convencionais. Contudo, a
sua aplicação prática em sistemas térmicos permanece por realizar,
essencialmente devido à escassez de estudos experimentais capazes de
simular a transferência de calor em condições reais. Neste sentido, foi
realizado um trabalho experimental de caracterização do coeficiente de
transferência de calor por convecção de sistemas nano-fluídicos, sujeitos a
escoamentos laminares em desenvolvimento num tubo circular horizontal. O
estudo desenvolvido centrou-se na caracterização de nanofluidos contendo
nanotubos de carbono (CNT), uma vez que estas nanopartículas possibilitam a
produção de dispersões estáveis e duradouras, além de possuem elevadas
propriedades termofísicas. Para o efeito, foram desenvolvidas metodologias de
preparação e estabilização de nanofluidos contendo CNT, tendo sido também
caracterizadas as suas propriedades termofísicas. O trabalho experimental
conduzido consistiu na observação do comportamento de nanofluidos com
concentrações de 0,25% e 0,5% de CNT, quando sujeitos a diferentes
escoamentos e temperaturas de ensaio. A análise paramétrica dos resultados
possibilitou avaliar a variação do coeficiente de transferência de calor por
convecção dos nanofluidos sob as diferentes condições experimentais, e
estabelecer comparações com os valores registados para o fluido base sob as
mesmas condições de ensaio.
Com a realização desta dissertação foi possível estabelecer relações entre as
diversas variáveis envolvidas na transferência de calor por convecção, e que
influenciam o desempenho dos nanofluidos, nomeadamente a concentração
das nanopartículas, a temperatura, a velocidade e o número de Reynolds do
escoamento, ao mesmo tempo que se procurou compreender os mecanismos
envolvidos, tendo-se evidenciado a necessidade de realizar novos trabalhos
experimentais no futuro que possibilitem corroborar a repetibilidade dos
resultados obtidos. The increase of heat transfer in industrial and consumer systems and the rational use of energy, are becoming common concerns in engineering. To address the current challenges, a new class of heat transfer fluids has been developed, driven by advances in nanotechnology in recent years. These new fluids, named nanofluids, are suspensions of nanoscale particles dispersed in a conventional fluid. The literature is unanimous in identifying their potential as exchange fluids due to their thermophysical properties superior to those of conventional fluids. However, its practical application in thermal systems remains unfulfilled, mainly due to the scarcity of experimental studies to simulate the heat transfer in real conditions. Therefore, an experimental study was conducted to characterize the convective heat transfer coefficient of nanofluidic systems, subjected to developing laminar flow in a horizontal circular tube. The study carried out focused on the characterization of nanofluids containing carbon nanotubes (CNT), since these nanoparticles enable the production of durable and stable dispersions, and have high thermophysical properties. For this purpose, the preparation and stabilization methodologies of nanofluids containing CNT have been developed, and their thermophysical properties were also characterized. The conducted experimental work was established by the observation of the nanofluids behavior with CNT concentrations of 0,25% and 0,5%, when subjected to different test flows and temperatures. The results of the parametric analysis allowed to evaluate the variation of the convective heat transfer coefficient of the nanofluids under different experimental conditions and the comparison with the base fluid values obtained under the same test conditions. With the development of this work it was possible to establish associations between the multiple variables involved in convective heat transfer, which influence the performance of the nanofluids, including the nanoparticle concentration, temperature, flow velocity and Reynolds number, while aiming to understand the involved mechanisms, which demonstrated the need for further experimental work in the future to enable the validation of the repeatability of the results. |
Description: | Mestrado em Engenharia Mecânica |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/16556 |
Appears in Collections: | UA - Dissertações de mestrado DEM - Dissertações de mestrado |
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