Orientador: Kamal A.R. Ismail

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: O objetivo deste trabalho é a análise teórica e experimental do processo de solidificação em geometria esférica, em termos da posição da interface no tempo, da velocidade de avanço da frente de fusão, do perfil de temperatura e da taxa de transferência de calor na superfície da esfera....

Resumo: O objetivo deste trabalho é a análise teórica e experimental do processo de solidificação em geometria esférica, em termos da posição da interface no tempo, da velocidade de avanço da frente de fusão, do perfil de temperatura e da taxa de transferência de calor na superfície da esfera. Inicialmente foi feita uma revisão bibliográfica detalhada dos trabalhos existentes sobre solidificação em esferas. Este trabalho foi desenvolvido em duas etapas distintas: tratamento teórico e verificação experimental. Na parte teórica foi dedicada atenção especial ao método simplificado de London e Seban por fornecer uma solução fechada, e ao método numérico de Tao para geometrias circulares. Um método numérico que utiliza malhas móveis, originalmente desenvolvido por Murray e Landis para o plano, foi aplicado para a esfera. O método integral para a solução de problemas de mudança de fase foi analisado e aplicado à geometria esférica. A partir de uma solução exata para o processo de mudança de fase no plano foi considerado um fator de correção geométrico para á obtenção de uma solução aproximada bastante simples para a esfera. Na parte experimental, foi projetada e construída uma montagem para permitir a verificação experimental do processo de solidificação em esferas e a validade dos modelos teóricos desenvolvidos.

Abstract: The objective of the present study is to investigate theoretically and experimentally the solidification process in spherical geometry and its major parameters such as the instantaneous position of solid liquid interface, temperature profile and heat transfer rate. A detailed literature...

Abstract: The objective of the present study is to investigate theoretically and experimentally the solidification process in spherical geometry and its major parameters such as the instantaneous position of solid liquid interface, temperature profile and heat transfer rate. A detailed literature investigation on the matter was conducted. The study is divided into two main parts; theoretical and numerical investigation and experimental verification. In the theoretical part, London e Seban's simplified model and the numerical model due to Tao were analised, numerical model due to Murray e Landis and the integral method were applied to spherical geometry, and finally a corrected method. These models were analised and compared one to other. Experimental testing rig was designed, installed and instrumented. Extensive testing programme was done to verify the models, establish their validity and to obtain a good insight in the problem.