Simulação numérica do escoamento turbulento em canal composto

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Aoyama, Guilherme Keiti
• Orientador(a): Souza, Sandi Itamar Schafer de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Simulação numérica; Estruturas coerentes; Transferência de calor; Número de Nusselt; Coeficiente de atrito
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/23691

Canais compostos são caracterizados por possuírem canais principais, regiões mais largas onde o fluido escoa axialmente com maior facilidade, e canais secundários (fendas) que são regiões mais estreitas onde o fluido é desacelerado devido aos efeitos viscosos. Para determinar os coeficientes de transferência de calor e de atrito nos canais compostos é necessário entender o comportamento dos escoamentos turbulentos que ocorrem neles, porém isto continua sendo um desafio para a engenharia. Estes canais apresentam, além do fluxo axial paralelo ao canal, flutuações na velocidade transversal que estão associadas a estruturas de grande escala denominadas de estruturas coerentes. Assim, neste trabalho buscou-se analisar os efeitos do aparecimento dessas estruturas e as suas consequências para o escoamento, tanto na parte dinâmica como na térmica. Para isto foi utilizado uma geometria empregada em trabalhos experimentais, que é composta por um canal retangular com um tubo interno, de diâmetro D, que está a uma distância W/D da parede inferior do canal. O fluido escoa axialmente apenas na parte externa do tubo. No total foram analisados cinco casos, modificando apenas a relação W/D (espaçamento da fenda). Para examinar as características do escoamento turbulento no interior deste canal, empregou-se o pacote ANSYS CFX 13 com o modelo de turbulência SAS-SST. Os resultados mostraram que quanto maior a relação W/D, mais elevados foram os valores do Fator de Desempenho Térmico. Este fator é uma relação entre o número de Nusselt e o fator de atrito e, quanto maior seu valor, melhor é o desempenho térmico do canal. Em relação as estruturas coerentes, nos canais em que surgiram, elas têm uma grande influência sobre os escoamentos, já que essas estruturas acabam elevando os valores locais dos coeficientes de transferência de calor e de atrito superficial, o que torna esse fenômeno indispensável nos projetos e análises de segurança de equipamentos que possuem fendas.