ESTUDO NUMÉRICO DE ESCOAMENTOS LAMINARES COM CONVECÇÃO MISTA EM UM CANAL COM ALETAS SEMI-ELÍPTICAS AQUECIDAS APLICANDO O DESIGN CONSTRUTAL
A. L. Razera1; E. D. dos Santos2; L. A. Isoldi2; L. A. O. Rocha3
1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS); 2 Universidade Federal do Rio Grande (FURG); 3 Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS)
doi:10.20906/CPS/CILAMCE2017-0690
Resumo
Este estudo numérico tem como propósito investigar, através do método Design Construtal, um sistema de escoamento composto por um canal, o qual possui aletas semi-elípticas aquecidas em seu interior e está submetido ao mecanismo de convecção mista. A função objetivo é a maximização da taxa de transferência de calor adimensional entre as aletas e o fluido circundante. O método Design Construtal, associado a busca exaustiva, foi utilizado para a definição dos objetivos, restrições e graus de liberdade do sistema, visando a obtenção das configurações geométricas das aletas que maximizam a transferência de calor. Assim, os graus de liberdade estudados são definidos pelas razões entre os semieixos verticais e horizontais das aletas. O escoamento é assumido como bidimensional, laminar, transiente e incompressível, sendo governado por ReH = 100, GrH=10^4 e Pr=0.71. As propriedades termofísicas do escoamento se mantêm constantes ao longo do domínio, com exceção da massa específica, onde assumiu-se a aproximação de Boussinesq, a qual modela os efeitos da convecção natural. A solução das equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia são resolvidas numericamente através do Método dos Volumes Finitos (FVM). Como resultados, tem-se que as configurações ótimas apresentaram um ganho no desempenho térmico de até 45% em relação as demais geometrias. Além disso, constatou-se que a transferência de calor foi fortemente afetada pela variação geométrica do sistema.
Palavras-chave: Design Construtal; Aletas semi-elípticas; Convecção mista; Canal Aletado; Otimização Geométrica