Fusão e solidificação em meio poroso

Este trabalho tem por objetivo estudar a mudança de fase em uma camada porosa constituída de materiais metálicos e não-metálicos, de modo a se conseguir um modelo numérico que satisfaça os dois tipos de materiais. Modelou-se o problema em uma geometria plana, unidimensional, aplicando-se em um dos contornos da camada porosa condições de contorno de temperatura constante e taxas de fluxo de calor. A equação governante do processo é a equação da energia na forma transiente, sendo resolvida considerando-se que a transferência de calor é feita exclusivamente por condução, desprezando-se os efeitos da convecção natural pelo fato da presença do meio poroso. A influência do meio poroso é introduzida através do conceito de propriedades efetivas. A simulação numérica foi baseada no método de volumes de controle em diferenças finitas, usando-se um esquema de malhas móveis e a formulação implícita de CrankNicholson. A condição de contorno de fluxo de calor é analisada utilizando-se fluxo de calor constante e variável com o tempo. Modelos para a variação da temperatura ambiente e da incidência de radiação solar são obtidos na literatura para o caso de fluxo de calor variável. No caso do processo de solidificação a simulação numérica foi feita analisando-se os efeitos de parâmetros como porosidade, temperatura imposta no contorno, temperatura inicial e a espessura da camada porosa, na distribuição de temperatura, comportamento da interface e no tempo de solidificação total da camada porosa. Para o processo de fusão analisaram-se os efeitos de diferentes fluxos de calor constantes e variáveis na distribuição de temperatura, comportamento da posição da interface, tempo de fusão total da camada porosa e na temperatura da superfície exposta ao fluxo de calorThe objective of this work is to study the phase change in a constituted porous layer of metallic and non-metallic materials, in such a way that the proposed numerical model can be used to satisfy both types of materiaIs. The problem was modeled as one dimensional in plan geometry, where the constant temperature and constant heat flux boundary conditions were applied at one of porous layer contours. The transient energy equation of the process was solved considering the effect of heat conduction, neglecting the effects of natural convection due to the presence of porous medium. The concept of effective properties has been used to introduce the influence of the porous medium. Numerical simulation was based on the method of the control volume in finite difference form, using moving grid scheme and the implicit Crank Nicholson formulation. The heat flux boundary condition was analyzed using a constant heat flux, which varies with time. Ambient temperature and solar radiation incidence models were obtained from the literature for the case of variable heat fluxo In the case of the solidification process numerical simulations were used to analyze the effects of the parameters such as porosity, imposed boundary temperature, initial temperature, and the porous layer thickness on the temperature distribution, interface behavior, and the total solidification time of the porous layer. For the fusion process the effects of different constant and variable heat flux conditions upon temperature distribution, interface behavior, total solidification time of the porous layer and the surface temperature exposed to the heat flux were analyze