Verificação Numérica de um Descritor Invariante do Resfriamento Conjugado por Convecção Forçada-Condução de Aquecedores 3D Discretos em Canais Retangulares Horizontais
Renan Gustavo de Castro Hott; Thiago Antonini Alves
doi:10.20906/CPS/SICITE2015-1115
Resumo
Neste trabalho foi realizado um estudo numérico da aplicação de um descritor invariante da transferência de calor conjugada por convecção forçada-condução no resfriamento de três aquecedores 3D protuberantes montados em um substrato condutivo em um canal retangular horizontal com escoamento laminar de ar. As temperaturas médias dos aquecedores 3D foram correlacionadas, independente da potência dissipada em cada aquecedor, por meio de uma matriz G+ com coeficientes invariantes. Esses coeficientes são adimensionais e foram chamados coeficientes de influência conjugados (g+) devido à natureza conjugada convecção forçada-condução do resfriamento dos aquecedores. O aumento da temperatura de cada aquecedor no canal foi quantificado de tal forma que as contribuições devido ao auto-aquecimento e à esteira térmica (dissipações de potência dos outros aquecedores) fossem claramente identificadas. Para uma dada geometria, campo de escoamento, propriedades termofísicas do fluido e dos sólidos, os coeficientes conjugados são invariantes com a taxa de dissipação de calor na configuração dos aquecedores. Os resultados foram obtidos numericamente utilizando o software ANSYS/Fluent 15, para número de Reynolds na faixa de 500 a 2000. A altura dos aquecedores protuberantes variou entre 10% e 35% em relação à altura do canal. As equações de conservação foram resolvidas através de um procedimento acoplado, dentro de um domínio único compreendendo as regiões sólidas e do fluido, considerando condições de regime permanente com propriedades constantes em escoamento laminar, através do Método dos Volumes de Controle. Alguns exemplos foram mostrados, indicando os efeitos da condutividade térmica do substrato, do número de Reynolds e da altura dos aquecedores nos coeficientes de influência conjugados.
Palavras-chave: Resfriamento Conjugado; Convecção Forçada; Condução; Descritor Invariante; Coeficientes de Influência Conjugados