Intensificação da transferência de calor em um trocador de calor compacto com geradores de vórtices curvados

• Autor(a) principal: Soares, Paulo Henrique
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/239628
• topic: Compact heat exchangers; Curved vortex generators; Straight vortex generators; Numerical simulation; Intensification of heat; Trocadores de calor compactos; Geradores de vórtices curvados; Geradores de vórtices retos; Simulação numérica; Intensificação da transferência de calor

Trocadores de calor compactos do tipo tubos-aletados com aletas planas são empregados em uma ampla variedade de aplicações de engenharia para a transferência de calor entre múltiplos fluidos em temperaturas distintas. Devido à sua alta confiabilidade e baixo fator de atrito, este tipo de trocador de calor vem sendo amplamente pesquisado, com o intuito de aproveitar e melhorar o seu desempenho termo-hidráulico e transferência de calor. Algumas pesquisas realizam isto por meio da inserção de geradores de vórtices curvados, que modificam a dinâmica do escoamento no lado das aletas, onde ocorre a maior resistência térmica, no entanto, encontrar os melhores parâmetros geométricos em que ocorram as maiores transferências de calor e menores perdas de carga, ainda é um grande desafio, devido aos complexos padrões gerados no escoamento pelo uso desses dispositivos. Dessa forma, neste trabalho, são estudadas e comparadas configurações de trocadores de calor com geradores de vórtices longitudinais retos e com geradores de vórtices longitudinais curvados, com o objetivo de obter resultados adicionais sobre a transferência de calor e a perda de carga deste tipo de gerador, considerando o ângulo de ataque dos geradores de vórtices de 30°, 45° e 55°, razão de aspecto de 2 e 3, raio de curvatura de 0,8 em relação ao raio dos tubos e número de Reynolds de 800, 2000 e 4000. O software comercial Ansys Fluent foi usado considerando a metodologia dos Volumes Finitos e o modelo de turbulência SST k-Omega para a solução das equações governantes, considerando um escoamento turbulento, tridimensional e em regime estacionário. As análises da transferência de calor e perda de carga no trocador em função das alterações geométricas e operacionais foram feitas através dos parâmetros termo-hidráulicos Fator de Colburn (j) e Fator de Atrito (f). Os principais resultados indicam que os geradores de vórtices longitudinais retos tiveram um desempenho (((j/j0))⁄((f/f0))) superior aos geradores de vórtices longitudinais curvados, entretanto, os modelos curvados foram superiores na transferência de calor, apresentando um aumento médio de 11% para j em relação aos retos e de 32% em relação ao caso base (j0). A razão de aspecto dos geradores de vórtices curvados quando foi variada de 2 para 3, aumentou em média, 12% a relação de j⁄j0 e foi a variável que mais contribui para o aumento da transferência de calor. A variação do ângulo de ataque não provocou uma mudança significativa da relação de j⁄j0 para cada grau aumentado.