Estudo numérico de uma aleta elíptica inserida em uma cavidade quadrada com a superfície superior deslizante submetida à convecção mista

Autores

  • Alysson Sehn Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS, Departamento de Engenharia Mecânica, Rua Sarmento Leite, n. 425, Porto Alegre, RS, Brasil
  • Cássio Spohr Fernandes Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS, Departamento de Engenharia Mecânica, Rua Sarmento Leite, n. 425, Porto Alegre, RS, Brasil
  • Elizaldo Domingues dos Santos Universidade Federal do Rio Grande – Escola de Engenharia – Av. Itália km 8, Rio Grande, RS, Brasil
  • Liércio André Isoldi Universidade Federal do Rio Grande – Escola de Engenharia – Av. Itália km 8, Rio Grande, RS, Brasil
  • Felipe Roman Centeno Universidade Federal do Rio Grande do Sul
  • Paulo Soliman Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS, Departamento de Engenharia Mecânica, Rua Sarmento Leite, n. 425, Porto Alegre, RS, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.4013/ete.2018.121.02

Resumo

Este trabalho pretende avaliar a transferência de calor em uma cavidade quadrada com uma aleta elíptica localizada em diferentes posições no fundo da cavidade e com diferentes razões de aspecto. A geometria ideal foi analisada usando o princípio do Design Constructal. Foi considerado um escoamento bidimensional, laminar, estacionário e incompressível. As propriedades termo físicas foram definidas para Pr = 0.71 e são consideradas constantes, exceto para a massa específica que foi determinada pela aproximação de Boussinesq. Um número Rayleigh (RaH) de 104 foi adotado para definir a convecção natural, enquanto um número de Reynolds (ReH) de 102 foi adotado para definir a convecção forçada. A posição da aleta e suas dimensões foram variadas, mantendo constante a relação entre a área da aleta e a área da cavidade (? = 0,05). A geometria ideal que maximiza a taxa de transferência de calor foi obtida através da Lei Construtal. Uma malha foi criada para resolver o problema e foi adequadamente refinada para garantir a precisão dos resultados. As equações governantes do problema foram resolvidas numericamente usando o software ANSYS / Fluent®. Este estudo mostra que a posição da aleta que maximiza o número de Nusselt médio, nessas condições, está no ponto X1 ? 0,3 da superfície inferior. Para a razão de aspecto (r) da aleta, observou-se que a minimização do número médio de Nusselt médio ocorre para r entre 15 e 25. Considerando todas as geometrias estudadas, a otimizada pode atingir um desempenho em torno de 50% superior se comparado com o pior caso, comprovando a importância da avaliação geométrica neste tipo de problema de engenharia, bem como a eficácia da abordagem Construtal.

Palavras-chave: Transferência de calor, Lei Construtal, número de Nusselt, aleta elíptica, convecção mista

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Publicado

2018-07-16

Edição

v. 12 n. 1 (2018): Jan-Jun

Seção

Artigos

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