Estudo paramétrico de cavidades de resfriamento com base na Teoria Construtal
Autor: Rudi da Silva Moreira (Currículo Lattes)
Resumo
Com base na Teoria Construtal, a presente pesquisa concentra-se no problema de minimização da temperatura máxima de corpos sólidos com formato retangular e geração interna de calor, i.e., maximização da taxa de transferência de calor que deixa o corpo. Dois casos serão estudados: cavidade isotérmica com fonte de calor transiente e cavidade convectiva com coeficiente de troca térmica calculado numericamente. Com a aplicação do Design Construtal as geometrias têm o mesmo formato (I), sendo que para o caso isotérmico e convectivo, a área (A = 1) do domínio (bidimensional) e o volume (V = 0,001) do domínio (tridimensional), respectivamente, são mantidos fixos enquanto as dimensões da cavidade, largura (L0) e altura (H0) são variadas. A otimização da cavidade dá-se pelo método de busca exaustiva (BE). Este processo consiste em determinar a melhor relação entre as dimensões da largura e altura da cavidade para determinada fração de área ocupada para que o fluxo de calor através das paredes seja maximizado. O indicador de desempenho é a resistência térmica global, que deve ser minimizada. O software GMSH foi utilizado para a geração da geometria e discretização do domínio computacional. Para a etapa de processamento, que consiste em resolver numericamente o modelo matemático de forma dimensional, foram utilizados os solucionadores (solvers) laplacianFoam para o caso isotérmico (transiente) e o chtMultiRegionFoam para o caso convectivo que são parte integrante do software OpenFOAM. A discretização das equações de transporte é feita com o Método dos Volumes Finitos (MVF). De acordo com a Teoria Construtal a configuração geométrica da cavidade é o fator principal para a minimização da resistência térmica global do sistema. Os estudos realizados mostram que para o caso da cavidade isotérmica a melhor forma geométrica da cavidade, aquela que minimiza a temperatura máxima, ocorre na quase total intrusão da cavidade no interior do sólido. No caso da cavidade convectiva, a configuração geométrica da cavidade dependente do coeficiente de transferência de calor que melhor minimiza a temperatura máxima ocorre para o maior número de Reynolds (1000) e razão de altura por largura do domínio (H/L = 10).