Investigação numérica da convecção natural e da radiação térmica em cavidade aberta preenchida com meio poroso heterogêneo

• Autor(a) principal: Nardi, Vanessa Glück
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10368
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA; Calor - Convecção natural; Radiação; Materiais porosos; Calor - Transmissão; Engenharia mecânica; Heat - Convection, Natural; Radiation; Porous materials; Heat - Transmission; Mechanical engineering

Na tentativa de aperfeiçoar as trocas de calor em sistemas térmicos, diversos estudos relacionados com a convecção natural em cavidades heterogêneas têm sido conduzidos na última década. Embora a radiação seja um fenômeno de transferência de calor tão relevante quanto a convecção natural, raros são os estudos encontrados na literatura que levam em consideração seus efeitos em meios heterogêneos. Neste trabalho é realizado o estudo numérico da transferência de calor combinada da radiação térmica e da convecção natural em cavidade aberta preenchida por meio heterogêneo. A cavidade é quadrada com uma parede aquecida e a outra aberta para um reservatório térmico e o meio heterogêneo é representado por blocos quadrados condutores de calor distribuídos uniformemente no interior da cavidade. As propriedades do fluido são assumidas constantes exceto no termo de empuxo no qual é adotada a aproximação de Oberbeck-Boussinesq. As superfícies da cavidade e dos blocos são consideradas cinzas, opacas e difusas. O método dos volumes finitos é empregado com o algoritmo SIMPLEC e os efeitos da radiação superficial são agregados à solução pelo modelo Surface-to-Surface (S2S). São investigados os efeitos do número de Rayleigh, do número de blocos e da condutividade térmica sólido-fluido, considerando emissividade e porosidade constantes. Os valores de Nusselt médio radiativo e convectivo, bem como a vazão volumétrica adimensional que entra na cavidade são computados analisados e os fenômenos de interferência de camada limite, queda convectiva e queda radiativa são apresentados. Para auxiliar na interpretação dos resultados, linhas de corrente e isotermas são apresentadas. Os resultados mostram que a consideração da radiação térmica aumenta consideravelmente o Nusselt médio total e que a parcela convectiva do Nusselt médio diminui em relação ao Nusselt convectivo para o caso de convecção natural pura. Resultados mostram ainda que, apesar da atenuação do Nusselt convectivo, a radiação térmica eleva consideravelmente o valor observado para a vazão volumétrica adimensional induzida para dentro da cavidade. Além disso, foi constatado que a previsão analítica para interferência da camada limite continua válida quando as trocas de calor por radiação térmica estão ativas.