Modelagem computacional do desempenho térmico de trocadores de calor de fluxo cruzado e casco e tubos

• Autor(a) principal: Magazoni, Felipe Costa
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-24122016-071504/
• topic: Casco e tubo; Correction factor; Crossflow; Efetividade; Effectiveness; Fator de correção; Fluxo cruzado; Heat exchanger; Methodology; Metodologia; Shell-and-tube; Simulação; Simulation; Trocador de calor

O presente trabalho descreve e introduz uma metodologia numérica de simulação térmica de trocadores de calor de fluxo cruzado e de casco e tubo. A metodologia computacional é utilizada para simular doze configurações de arranjos de escoamento de trocadores de calor de fluxo cruzado com número de passes e tubos por passe arbitrários, assim como diversas condições de mistura de ambos os fluidos. O procedimento computacional é desenvolvido, baseado em diversos trabalhos da literatura, para calcular a efetividade de temperatura e o fator de correção da diferença média logarítmica de temperatura para trocadores de calor de fluxo cruzado em escoamentos contracorrente e paralelo. Novos dados da efetividade de temperatura e do fator de correção para configurações complexas de trocadores de calor são apresentados em diversas tabelas e figuras. As condições de mistura do fluido interno depois de cada passe são analisadas e caracterizadas por três configurações: misturado, não misturado com uma ordem idêntica das fileiras e não misturado com uma ordem inversa das fileiras. A influência da mistura do fluido externo entre os tubos do trocador de calor também é analisada. A metodologia computacional também é utilizada para trocadores de calor de casco e tubo tipo TEMA E com um passe de ambos os fluidos (fluidos do casco e dos tubos) em escoamentos contracorrente e paralelo de acordo com as entradas do trocador de calor. O algoritmo é baseado em diversas hipóteses e considerações de modelagem adotadas em diversos trabalhos de trocadores de calor de fluxo cruzado e de casco e tubo. Cada seção entre as chicanas é idealizada como um trocador de calor não misturado - não misturado. Além disso, este estudo fornece um sumário de correlações matemáticas exatas e aproximadas para algumas configurações de trocadores de calor de fluxo cruzado e de casco e tubo, que são muito apropriadas para análises computacionais e que facilitam o cálculo de efetividade de temperatura e do fator de correção. Os resultados encontrados são comparados com o algoritmo HETE e com soluções e relações matemáticas disponíveis em outras literaturas e mostram a capacidade dos algoritmos desenvolvidos.