Estudo numérico de um arranjo triangular de cilindros submetidos a escoamento laminar com convecção forçada

Autores

  • Suelem Grellert da Fonseca Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, Universidade Federal do Rio Grande (FURG), 96201-900, Rio Grande - RS, Brasil.
  • Felipe Rodrigues Cardoso Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande (FURG), 96201-900, Rio Grande - RS, Brasil.
  • Andre Luiz Razera Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande (FURG), 96201-900, Rio Grande - RS, Brasil.
  • Liércio André Isoldi Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande (FURG), 96201-900, Rio Grande - RS, Brasil.
  • Anderson Favero Porte Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul, 96201-460, Rio Grande - RS, Brasil.
  • Luiz Alberto Oliveira Rocha Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), 90050-170, Porto Alegre – RS, Brasil.
  • Elizaldo Domingues dos Santos Universidade Federal do Rio Grande, Escola de Engenharia.
  • Marcelo Moraes Galarça Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul, 96201-460, Rio Grande - RS, Brasil.

DOI:

https://doi.org/10.14808/sci.plena.2015.081324

Palavras-chave:

Otimização geométrica, coeficiente de arrasto, número de Nusselt, Constructal Design.

Resumo

O presente trabalho numérico estuda a transferência de calor por convecção forçada em um arranjo triangular de cilindros considerando um escoamento em regime laminar, bidimensional, incompressível, e transiente. A solução numérica (conservação de massa, quantidade de movimento e energia) foi obtida a partir de um código computacional baseado no método dos volumes finitos (FVM – Finite Volume Method). Para a otimização geométrica do arranjo de cilindros é empregado o Método Constructal Design. As simulações foram realizadas para escoamentos com números de Reynolds e Prandtl de ReD= 100 e Pr = 0.71. A otimização parte da avaliação de qual razão ST/D (passo transversal sobre o diâmetro) e SL/D (passo longitudinal sobre o diâmetro) que minimiza o coeficiente de arrasto e maximiza a taxa de transferência de calor (número de Nusselt) entre os cilindros e o escoamento circundante. Os resultados mostraram que o comportamento fluidodinâmico e térmico foram bastante influenciados pelas razões ST/D e SL/D. O coeficiente de arrasto (CD) mínimo foi encontrado para a configuração SL/D = 5.0 e ST/D = 1.5, e o máximo número de Nusselt (NuD) foi obtido para SL/D = 1.5 e ST/D = 5.5. Entretanto, os melhores arranjos considerando a função multi-objetivo (arrasto e transferência de calor) foram alcançados em uma região ótima e não para uma configuração específica. Dentre os casos analisados se destacaram as configurações SL/D = 5.0 e ST/D = 2.0 e SL/D = 5.0 e ST/D = 2.5, sendo que os dois primeiros valores trouxeram benefícios para o problema fluidodinâmico e os dois últimos valores apresentaram uma leve vantagem do ponto de vista térmico.

Biografia do Autor

Suelem Grellert da Fonseca, Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, Universidade Federal do Rio Grande (FURG), 96201-900, Rio Grande - RS, Brasil.

http://lattes.cnpq.br/8971169380833105

Andre Luiz Razera, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande (FURG), 96201-900, Rio Grande - RS, Brasil.

http://lattes.cnpq.br/0571586286882262

Liércio André Isoldi, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande (FURG), 96201-900, Rio Grande - RS, Brasil.

http://lattes.cnpq.br/3761060945802171

Anderson Favero Porte, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul, 96201-460, Rio Grande - RS, Brasil.

http://lattes.cnpq.br/5624980029493788

Luiz Alberto Oliveira Rocha, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), 90050-170, Porto Alegre – RS, Brasil.

http://lattes.cnpq.br/2535324018884724

Elizaldo Domingues dos Santos, Universidade Federal do Rio Grande, Escola de Engenharia.

http://lattes.cnpq.br/6854950768271660

Marcelo Moraes Galarça, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul, 96201-460, Rio Grande - RS, Brasil.

http://lattes.cnpq.br/1660157566796755

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Publicado

2015-08-31

Edição

Seção

VI Conferência Sul em Modelagem Computacional