Avaliação numérico-experimental do desempenho de trocadores de calor aletados: estudo de configurações geométricas para as aletas

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Rauber, Willian Kévin
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Engenharia mecânica; Métodos de simulação; Turbulência
• Link de acesso: https://repositorio.udesc.br/handle/UDESC/14988

Trocadores de calor são equipamentos aplicados em uma grande gama de problemas na prática, incluindo desde sistemas domésticos a industriais. O presente trabalho tem o objetivo de analisar o desempenho térmico de trocadores de calor utilizando novas formas geométricas para aletas, visando a redução de massa do equipamento. Desta forma, entalhes em forma de losango foram inseridos na região central das aletas. Experimentação em túnel de vento foi desenvolvida para obtenção de condições de contorno que foram utilizadas em simulações numéricas para previsão das características do escoamento e transferência de calor, visando a solução do mesmo equipamento medido em túnel de vento. As simulações numéricas foram desenvolvidas utilizando o programa comercial Ansys-Fluent® 2019R3 empregando o modelo de turbulência ?-? SST. Posteriormente as simulações foram validadas com correlações empíricas da literatura e balanços de energia obtidos durante os experimentos. As validações realizadas indicaram que os resultados para os números de Nusselt médios obtidos neste trabalho, são condizentes com as correlações empíricas utilizadas. O estudo paramétrico realizado indicou que não houve grandes alterações nos padrões de escoamento com a utilização de entalhes nas aletas, isso se refletiu nos resultados para os números de Nusselt que tiveram pequenas variações. Um segundo aspecto estudado neste trabalho foi a obtenção de algumas métricas de melhoria, visando correlacionar a taxa de transferência de calor com parâmetros práticos importantes da aplicação desses equipamentos. Com a obtenção dos resultados foi constatado que a utilização de aletas com entalhes permite obter equipamentos com massa reduzida, o que em certas aplicações é desejável. Na avaliação da métrica de taxa de transferência de calor por unidade de massa, o equipamento com maior entalhe analisado obteve desempenho até 20% maior que a aleta de referência, mostrando assim que esse tipo de estudo tem grandes impactos em parâmetros práticos de equipamentos de transferência de calor.