Análise numérica e geométrica com design construtal da região de transição para um dispositivo do tipo coluna de água oscilante (CAO)

Abstract

O presente trabalho apresenta um estudo numérico bidimensional sobre a região de transição entre a câmara hidropneumática e a chaminé de um dispositivo conversor do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO). O objetivo é maximizar a potência hidropneumática, considerando uma geometria semicircular na região de transição do dispositivo CAO, situada entre a câmara hidropneumática e a chaminé do mesmo. Os resultados são comparados através do valor de potência hidropneumática, para as diferentes configurações geométricas investigadas. O Design Construtal, atrelado ao método de busca exaustiva, foi empregado para definir as dimensões que maximizam a potência hidropneumática. Os graus de liberdade estudados foram o raio (r), a razão entre altura e comprimento da chaminé de saída de ar da câmara CAO (H₂/l) e a razão entre a altura e o comprimento da câmara CAO (H₁/L). O domínio computacional é representado por um tanque de ondas com o dispositivo CAO acoplado. O software FLUENT foi empregado para a solução numérica das equações, baseada no Método dos Volumes Finitos (MVF). A construção da geometria e a geração da malha foram realizadas no software GAMBIT. Na interação entre as fases ar e água foi aplicado o método Volume of Fluid (VOF). Os resultados obtidos mostram que a máxima potência hidropneumática de 190,61W é obtida para os graus de liberdade H₁/L = 0,1346 e r = 7,54, o caso com a mais baixa potência hidropnemática, apresenta 57,73W. Este resultado mostra um ganho de 69,90% em relação ao caso com menor desempenho de potência hidropneumática.