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https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/46437
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Registro completo de metadados
Campo DC | Valor | Idioma |
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dc.contributor.advisor | GUERRERO, Jorge Recarte Henríquez | - |
dc.contributor.author | SILVA, Rafael Alberto de Araújo | - |
dc.date.accessioned | 2022-09-15T14:19:30Z | - |
dc.date.available | 2022-09-15T14:19:30Z | - |
dc.date.issued | 2022-01-31 | - |
dc.identifier.citation | SILVA, Rafael Alberto de Araújo. Shell and tube heat exchanger with helical baffles and graphene nanofluid: a CFD analysis of its performance and characteristics. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2022. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/46437 | - |
dc.description.abstract | Heat exchangers are a heavily used equipment in both industry and daily lives. The most famous example of an industrial application for heat transfer is the shell and tube heat exchanger, being a classic model used even nowadays. This type of heat exchanger varies in size, in tubes profile, quantities, fluid direction and in its geometry, especially in the baffles and its varieties, which can help to increase thermal efficiency and to reduce pumping costs. The field of study of heat exchangers is not new to science, but when the baffle geometry is changed for a determined application, the performance can vary widely. On the other hand, nanofluids are still a new field of research. Nanofluids can be defined as a blend of a nanoparticles, fluid and other chemicals to stabilize the moisture. The literature has reviewed nanofluids as a promising way to improve heat transfer in the same heat exchanger. This present study has the aim to investigate and compare three different heat exchanger’s baffle geometry and three graphene based nanofluids for the optimal heat transfer performance and overall equipment performance. The study was conducted through Ansys CFX software with nine different inputs for each geometry. The geometries studied were continuous helical (CH) with the setups of 360o and 1080o; segmented helical (SH) baffles, both for the same sized heat exchanger with a counterflow configuration. The cold fluid inputs were (0.051 kg/s, 0.1kg/s and 0.2kg/s) at 25oC. The hot fluid inputs were (60oC, 50oC and 40oC) for 0.05kg/s. The nanofluid was made based in Graphene nanoparticle (GNP) and water, and were only allocated in the hot domain, with its total weight (wt.) concentrations as (0.0125%, 0.025% and 0.05%). The results have shown that for overall equipment performance, the SH configuration has shown the best results for any given hot inlet temperature, and the result is amplified when the hot inlet temperature is low. On the other hand, when the best thermal performance is to be achieved, the 1080CH baffle configuration has performed better than any other, showing a very relevant finding about continuous baffles for the inputs presented in this work. For all different inputs, the 360CH shown the worst overall equipment performance. The study also has shown that the best performance working fluid was the 0.025% wt. graphene, which has shown to be the tipping point for higher nanofluid concentration. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | CNPq | pt_BR |
dc.language.iso | eng | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pernambuco | pt_BR |
dc.rights | openAccess | pt_BR |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Engenharia mecânica | pt_BR |
dc.subject | Trocador de calor de casco e tubo | pt_BR |
dc.subject | Nanofluidos | pt_BR |
dc.subject | Nanopartículas de grafeno | pt_BR |
dc.subject | Chicanas helicoidais | pt_BR |
dc.subject | Análise CFD | pt_BR |
dc.subject | Geometria do trocador de calor | pt_BR |
dc.title | Shell and tube heat exchanger with helical baffles and graphene nanofluid: a CFD analysis of its performance and characteristics | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co | COSTA, José Ângelo Peixoto da | - |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/5656874434189819 | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPE | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.degree.level | mestrado | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/5940127221480832 | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pos Graduacao em Engenharia Mecanica | pt_BR |
dc.description.abstractx | Os trocadores de calor são equipamentos muito utilizados na indústria e no cotidiano. O exemplo mais famoso de aplicação industrial para transferência de calor é o trocador de calor de casco e tubo, um modelo clássico utilizado até hoje. Este tipo de trocador de calor varia em tamanho, no perfil e quantidade de tubos, na direção e sentido dos fluidos e em sua geometria, principalmente nas chicanas e suas variedades, o que pode ajudar a aumentar a eficiência global. O área de estudo de trocadores de calor não é nova para a ciência, mas quando a geometria do defletor é alterada para uma determinada aplicação, o desempenho pode mudar bastante. Por outro lado, os nanofluidos ainda são um novo campo de pesquisa. Nanofluidos podem ser definidos como uma mistura de nanopartículas, fluido e estabilizantes. A literatura tem revisado os nanofluidos como uma forma promissora de melhorar a transferência de calor. O presente estudo tem como objetivo investigar e comparar três diferentes geometrias de chicanas de trocadores de calor e três nanofluidos à base de grafeno para encontrar o melhor desempenho do equipamento. Foi utilizado o software Ansys CFX com nove entradas diferentes para cada geometria: helicoidais contínuas (HC) com arranjos de 360o e 1080o; chicanas helicoidais segmentados (HS), todos com configuração de contrafluxo. As entradas de fluido frio foram (0.051 kg/s, 0.1kg/s e 0.2kg/s) a 25oC. As entradas de fluido quente foram (60oC, 50oC e 40oC) para 0.05kg/s. O nanofluido foi feito à base de nanopartícula de grafeno (GNP) e água, e foram alocados apenas no domínio quente, com suas concentrações de peso total percentual de (0.0125%, 0.025% e 0.05%). Os resultados mostraram que, para o desempenho geral do equipamento, a configuração SH mostrou os melhores resultados para qualquer temperatura de entrada quente, e o resultado é amplificado quando a temperatura de entrada quente é baixa. Por outro lado, quando se deseja obter o melhor desempenho térmico, a configuração do defletor 1080CH tem um desempenho melhor do que qualquer outra, mostrando um achado muito relevante sobre defletores contínuos para as configurações de entrada apresentadas neste trabalho. Para todas as entradas diferentes, o trocador com chicanas do tipo 360HC mostrou o pior desempenho geral do equipamento. O estudo também mostrou que o fluido de trabalho de melhor desempenho foi de 0.25% em peso percentual de grafeno, que tem se mostrado o ponto de inflexão para maior concentração de nanofluidos. | pt_BR |
dc.contributor.advisor-coLattes | http://lattes.cnpq.br/8239712503695923 | pt_BR |
Aparece nas coleções: | Dissertações de Mestrado - Engenharia Mecânica |
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