Design construtal aplicado para avaliação da influência geométrica na vazão mássica de uma chaminé solar de parede passiva inclinada anexa a um ambiente
Autor: Marta Rodrigues Leão (Currículo Lattes)
Resumo
O presente trabalho visa empregar uma metodologia numérica para análise do escoamento turbulento em uma chaminé solar de parede passiva inclinada conectada a um ambiente (espaço ventilado), avaliando a influência da sua geometria sobre o desempenho do escoamento no ambiente através do método Design Construtal. O funcionamento desse dispositivo se dá a partir da radiação solar que incide na parede inclinada, aquecendo o ar e gerando a movimentação dele no interior da chaminé e consequentemente no ambiente anexo. O escoamento é admitido turbulento, incompressível, com transferência de calor por convecção natural e é analisado no regime transiente em um domínio bidimensional. As equações médias no tempo de conservação de massa, quantidade de movimento e energia são numericamente solucionadas pelo método de volumes finitos utilizando o software Fluent. Para o fechamento da turbulência foi empregada a modelagem clássica (RANS - Reynolds Averaged Navier Stokes) com o modelo padrão k - . É considerado um escoamento de ar com Pr = 0,7. Estudos de independência de malha e de passo de tempo foram realizados, bem como a verificação do modelo computacional observando-se uma boa proximidade com resultados apresentados na literatura. Posteriormente, foi realizada a avaliação da influência da geometria da chaminé no comportamento da vazão mássica no ambiente, utilizando o método Design Construtal e submetendo a parede do absorvedor a uma taxa de transferência de calor constante. A área da chaminé e do ambiente são as restrições do problema, que é submetido a variação de três graus de liberdade, sendo eles: o tamanho da abertura de entrada para chaminé pela altura da mesma (Hi/Ha), a base inferior da chaminé pela altura da mesma (Wg/Ha) e a abertura da saída da chaminé pela base inferior da mesma (We/Wg). Os resultados mostraram que os graus de liberdade analisados possuem bastante influência no parâmetro de desempenho, confirmando o método Design Construtal como uma excelente ferramenta para avaliação da sensibilidade dos parâmetros geométricos. Também foi possível visualizar a existência de uma dependência entre os graus de liberdade analisados, já que, com exceção de Hi/Ha sobre (Wg/Ha)o, todas as razões geométricas ótimas foram influenciadas por variações no subsequente grau de liberdade investigado. Além disso, dentro do espaço de busca analisado, a configuração geométrica que conduziu a melhor vazão mássica (m3m = 0,1880 kg/s m) obteve um valor 574,3% superior que o atingido no pior caso estudado.