Intensificação da transferência de calor em um trocador de calor compacto com dimples

• Autor(a) principal: Ferreira, Cassiano Victor de Souza
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/235844
• topic: Trocadores de Calor Compactos; Dimples; Simulação Numérica; Intensificação da transferência de calor.; Compact Heat Exchangers; Numerical Simulation; Intensification of heat transfer

Os trocadores de calor são usados amplamente em aplicações industriais e cotidianas, podendo ser aplicados em diversos projetos de engenharia. Neste projeto foi estudado uma das principais formas de aprimorar estes dispositivos. Uma técnica de intensificação de transferência de calor passiva chamada dimples. Estes dispositivos geram estruturas de vórtices longitudinais e promovem o aumento da transferência térmica. Neste trabalho, um trocador de calor compacto com dimples foi analisado, considerando modelos com dimples alinhados e intercalados variando-se seus diâmetros de 0,8 mm, 1,2 mm e 1,4 mm, para tubos circulares e intercalados. Uma abordagem numérica tridimensional foi adotada, considerando um escoamento turbulento e em regime estacionário, para a faixa de Reynolds entre 500 e 4000, que compreende diversas aplicações em sistemas de refrigeração. As análises quanto a transferência de calor e a perda de carga no trocador de calor em função das alterações geométricas e operacionais são feitas através dos parâmetros termo-hidráulicos fator de Colburn (j) e fator de atrito (f). Os resultados mostraram que os modelos Alinhados para este caso tiveram vantagens em relação aos Intercalados, tanto na intensificação da transferência de calor quanto na eficiência global. O modelo Intercalados 2 se destacou devido a um elevado aumento do fator de Colburn de 43,3% junto a uma moderada penalização por perda de carga, chegando a um desempenho de 19%. O modelo Alinhados 3 também foi um destaque devido a seu elevado aumento da transferência de calor comparado ao caso base chegando a 48,8%. A análise realizada concluiu que, a medida em que o diâmetro dos dimples aumentaram, a transferência térmica e a perda de carga também aumentaram. Foi realizado também uma análise dos campos de temperatura e streamlines, verificando a formação de estrutura de vórtices e distorção das linhas de correntes nas concavidades dos dimples, que foram responsáveis pela intensificação da transferência de calor. Também foi observado pelos campos de velocidade uma redução da região de esteira, atrás do primeiro tubo do domínio, sendo responsável por auxiliar na troca de calor.