Computational determination of convective heat transfer and pressure drop coefficients of hydrogenerators ventilation system (2016)
- Authors:
- Autor USP: ALTEA, CLAUDINEI DE MOURA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PME
- Subjects: SISTEMAS DE VENTILAÇÃO; TRANSFERÊNCIA DE CALOR; DINÂMICA DOS FLUÍDOS COMPUTACIONAL; CÁLCULO NUMÉRICO
- Language: Inglês
- Abstract: O objetivo do presente trabalho é determinar os coeficientes de perda de carga e transferência de calor, normalmente aplicados nos cálculos analíticos de design térmico de hidrogeradores, obtido pela aplicação de cálculo numérico (Computacional Fluid Dynamics - CFD) e validado por resultados experimentais e medições de campo. O objeto de estudo é limitado à região mais importante do sistema de ventilação (os dutos de ar de arrefecimento do núcleo do estator) para obter resultados numéricos dos coeficientes de transferência de calor e de perda de carga, que são impactados principalmente pela entrada de dutos de ar. Os cálculos numéricos consideraram escoamentos tridimensionais, em regime permanente, incompressíveis e turbulentos; e foram baseados no método dos volumes finitos. Os cálculos de escoamento turbulento foram realizados com procedimentos baseados em equações médias (RANS), utilizando o modelo k-omega SST (Shear-Stress Transport) como modelo de turbulência. Métricas de qualidade de malha foram monitoradas e as incertezas devido à erros de discretização foram avaliadas por meio de um estudo de independência de malha e aplicação de um procedimento de estimativa de incertezas com base na extrapolação de Richardson. A validação do método numérico desenvolvido pelo presente trabalho (especificamente para simular o comportamento dinâmico do escoamento e obter numericamente o coeficiente de perda de carga do escoamento ao entrar no duto de ar e atravessar o núcleo do estator de um hidrogerador) é realizada comparando os resultados numéricos com dados experimentais publicados por Wustmann (2005). Os dados experimentais foram obtidos como referência por um teste de modelo.A comparação entre os resultados numéricos e experimentais mostra que a diferença da perda de carga para números de Reynolds mais elevados do que 5000 é no máximo de 2%, enquanto que para números de Reynolds inferiores, a diferença aumenta significativamente e atinge 10%. A hipótese mais razoável para a maior discrepância para número de Reynolds menores é a possível influência de instabilidades do escoamento no experimento, fazendo com que o regime seja não-permanente. Conclui-se que o método numérico proposto é validado para a região superior do intervalo analisado. Além da validação pelo ensaio de modelo, medições de campo foram executadas, a fim de confirmar os resultados numéricos. As medições de perda de carga no núcleo do estator de um hidrogerador real era um desafio. No entanto, apesar de todas as dificuldades e consideráveis incertezas da medição campo, o comportamento das curvas de tendência ficou alinhado com resultados numéricos. Finalmente, uma série de cálculos numéricos, variando parâmetros geométricos do design da entrada do duto de ar e dados operacionais, foram executados a fim de se obter curvas de tendência para coeficientes de perda de carga (resultados deste trabalho) a serem aplicadas diretamente à rotinas de cálculos analíticos de sistemas completos de ventilação de hidrogeradores. Paralelamente à isso, o cálculo térmico numérico foi executado na simulação do protótipo, a fim de se definir o coeficiente de transferência de calor por convecção.
- Imprenta:
- Data da defesa: 29.07.2016
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ABNT
ALTEA, Claudinei de Moura. Computational determination of convective heat transfer and pressure drop coefficients of hydrogenerators ventilation system. 2016. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2016. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-28092016-095253/. Acesso em: 28 fev. 2026. -
APA
Altea, C. de M. (2016). Computational determination of convective heat transfer and pressure drop coefficients of hydrogenerators ventilation system (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-28092016-095253/ -
NLM
Altea C de M. Computational determination of convective heat transfer and pressure drop coefficients of hydrogenerators ventilation system [Internet]. 2016 ;[citado 2026 fev. 28 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-28092016-095253/ -
Vancouver
Altea C de M. Computational determination of convective heat transfer and pressure drop coefficients of hydrogenerators ventilation system [Internet]. 2016 ;[citado 2026 fev. 28 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-28092016-095253/
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