Modelagem Computacional de trocadores de calor solo-ar comparando diferentes modelagens para turbulência

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Ferraz, Juliane Gabina
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Modelagem computacional; URANS; LES; Trocador de calor solo-ar; Discretizações espaciais; Computational modeling; Earth-air heat exchangers; Spatial discretizations
• Link de acesso: http://repositorio.furg.br/handle/1/9127

A radiação solar é uma fonte de energia renovável e sua energia térmica pode ser aproveitada através da utilização de trocadores de calor solo-ar (TCSA) em ambientes construídos, podendo ser uma alternativa para reduzir o consumo de energia elétrica. Estes dispositivos consistem em dutos enterrados no solo, onde ocorre o escoamento forçado do ar ambiente. O ar é resfriado/aquecido pelo solo nos períodos quente/frio podendo ser utilizado para melhorar a condição térmica de ambientes construídos. Para simular numericamente o comportamento térmico de um TCSA é necessário empregar alguma modelagem para turbulência. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo comparar diferentes modelos de turbulência no âmbito da modelagem clássica da turbulência (URANS) e a simulação de grandes escalas (LES), bem como, diferentes discretizações espaciais no estudo do princípio físico de funcionamento de um TCSA com um duto retilíneo. Foram utilizados neste trabalho para a modelagem URANS os modelos RSM (Reynolds Stress Model), k- e k- padrão e Spalart Allmaras e para modelagem LES o modelo submalha dinâmico de Smagorinsky. Assim, busca-se propor recomendações sobre qual ou quais modelos de turbulência e discretizações espaciais são mais adequados para esse tipo de aplicação. A modelagem computacional foi realizada através do software FLUENT que é baseado no método dos volumes finitos (MVF). Os resultados numéricos obtidos com os modelos URANS e LES reproduziram os resultados numéricos e experimentais da literatura. Na abordagem LES houve melhora dos resultados do potencial térmico em relação aos obtidos experimentalmente, quando simulado com malhas hexaédricas mais refinadas no duto, o que não ocorreu com os modelos URANS. A partir dos resultados desse estudo é possível dizer que o emprego do LES com malhas adequadamente discretizadas pode ser empregado como uma solução "benchmark" para casos onde não se tenham dados experimentais. Contudo, essa abordagem, para projetos térmicos de TCSA, implica em elevado esforço computacional. O emprego de diferentes abordagens para a turbulência não conduziu a resultados diferentes quando malhas tetraédricas foram empregadas, indicando que a malha possui uma influência maior nas simulações com LES do que com URANS.