Estudo paramétrico de aquecimento em escoamentos laminares com recurso a materiais de mudança de fase

O presente trabalho tem como objetivo a parametrização das propriedades de PCMs, num processo de aquecimento em regime laminar com recurso a um modelo numérico de armazenamento de energia. Para a elaboração deste trabalho foi realizada uma modelação analítica de um cilindro de PCM para obter uma pré-análise dos parâmetros que mais influenciam o comportamento do material de mudança de fase. Assim, foi possível adquirir uma previsão do comportamento do PCM e uma poupança de tempo na etapa posterior. O estudo paramétrico foi realizado com base na direção radial, no centro e na periferia do cilindro. De seguida, efetuou-se a modelação numérica de um tubo de PVC em contacto com o material de mudança de fase, onde circula água no interior do tubo. Este modelo foi simulado com recurso ao software ANSYS Fluent que utiliza o método da entalpia-porosidade para o processo de fusão/solidificação do PCM. De modo a proceder à validação do modelo, recorreu-se a um trabalho efetuado anteriormente, tendo como base a utilização de PCMs para aquecimento em regime laminar. Foram tidos em conta os valores residuais das simulações para verificar a convergência da solução. Após a validação realizou-se o estudo paramétrico dos vários efeitos, como o calor latente, a temperatura de mudança de fase, a condutividade térmica, a transferência de calor por convecção e o efeito da resistência térmica. Observou-se o efeito destas variáveis na temperatura de saída da água, energia libertada em função da distância, potência instantânea e a energia transferida. Finalmente concluiu-se que para maximizar a energia libertada pelo PCM deve-se alterar o material do tubo para um com boa condutividade térmica e aumentar o diâmetro interno. Para aumentar a temperatura de saída da água a melhor aplicação é a alteração do material do tubo para um com boa condutividade.This dissertation is intended to parameterize the properties of PCMs, in a heating process with laminar flow and using a numerical model of energy storage. For the elaboration of this work, an analytical modeling of a PCM cylinder was carried out to obtain a pre-analysis of the parameters that most influence the behavior of the phase change material. Thus, it was possible to acquire a forecast of the behavior of the PCM and a saving of time in the later stage. The parametric study was carried out based on the radial direction, the center and the periphery of the cylinder. Then, a numerical modeling of a PVC pipe in contact with the phase change material was carried out, where water circulates inside the pipe. This model was simulated using ANSYS Fluent software that uses the enthalpy-porosity method for the PCM melting/solidification process. In order to proceed with the validation of the model, it was used a work previously done, based on the use of PCMs for heating in laminar regime. The residual values of the simulations were taken into account to verify the solution convergence. After validation, a parametric study of the various effects was carried out, such as latent heat, phase change temperature, thermal conductivity, convection heat transfer and the effect of thermal resistance. It was observed the effect of these variables on the outlet water temperature, energy released as a function of distance, instantaneous power and the energy transferred. Finally it was concluded that to maximize the energy released by the PCM, the pipe material must be changed to one with good thermal conductivity and increase the internal diameter. To increase the water outlet temperature, the best application is to change the pipe material to one with good conductivityMestrado em Engenharia Mecânic