Design Construtal aplicado a um canal com dois blocos alternados aquecidos sujeito à convecção forçada no regime turbulento com ebulição
Autor: Bruno Costa Feijo (Currículo Lattes)
Resumo
A presente tese é um estudo sobre a avaliação geométrica em canais com blocos retangulares sujeitos a um escoamento com ebulição. O problema proposto foi simulado numericamente através de ferramentas da dinâmica dos fluidos computacional e consiste em canais bidimensionais com dois blocos retangulares, um na parede superior e outro na inferior, onde os mesmos e a sua região adjacente se encontrão em uma temperatura superior a temperatura de saturação do fluido, inicialmente a água em seu estado líquido, que sofre o processo de ebulição ao passar por esta região aquecida. Foram analisados casos no regime de escoamento turbulento. A avaliação geométrica foi realizada com a utilização do método Design Construtal, associado ao método de Busca Exaustiva e do método multi-critério TOPSIS. No âmbito do Design Construtal, foram definidos dois graus de liberdade: a razão entre a altura e a largura de cada bloco, H1/L1 e H2/L2. O efeito da razão entre a distância entre o centro dos blocos e o comprimento de ocupação, L3/Locu, também foi investigado. Também foram definidas três restrições: a área do canal (A), a área de ocupação de cada bloco (A1, igual para os dois blocos) e a área dos blocos (A2, igual para os dois blocos). O processo de avaliação geométrica teve dois objetivos: maximizar a troca de calor entre os blocos e o escoamento e minimizar a diferença de pressões entre a entrada e a saída dos canais, ou seja, um objetivo térmico e um fluidodinâmico. Todos os casos avaliados também foram simulados com o processo de ebulição desabilitado, para avaliar a influência da ebulição no processo de avaliação geométrica. A análise multi-objetivo foi realizada a partir da aplicação do método multi-critério TOPSIS, onde foram considerados pesos para os objetivos térmico (w_T) e fluidodinâmico (w_F). Em relação aos casos sem ebulição, o efeito da geometria dos dois blocos sobre a proximidade relativa da solução ideal, C_b, foi parecido ao observado nos casos com ebulição. No entanto, uma grande diferença foi notada na geometria ótima do segundo bloco quando w_T=0.7 e w_F=0.3. Foi possível observar que os casos com ebulição apresentaram não somente um melhor desempenho multi-objetivo para todas as combinações de pesos, mas também tiveram uma maior taxa de transferência de calor e uma menor queda de pressão ao longo do canal. Uma análise da avaliação geométrica considerando o Coeficiente de Desempenho (COP) como objetivo apresentou resultados próximos aos obtidos na análise multi-objetivo quando w_T=0.5 e w_F=0.5, com ligeiras diferençastambém foi realizada.