Estudo numérico da transferência de calor em trocadores de calor casco e tubos

• Autor(a) principal: Kozikoski, Renan
• Data de Publicação: 2021
• 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/1/28684
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Permutadores térmicos; Calor - Transmissão; Método dos elementos finitos; Fluidodinâmica computacional; Heat exchangers; Heat - Transmission; Finite element method; Computational fluid dynamics

O objetivo do presente trabalho é realizar simulações numéricas de transferência de calor em um trocador de calor casco e tubos. Trocadores de calor são máquinas térmicas de grande responsabilidade nas plantas de energia e, aproximadamente 90% dos trocadores de calor são do modelo casco e tubos, muito por conta de procedimentos bem estabelecidos de projeto e fabricação. O sistema envolvendo o escoamento de fluidos e a transferência de calor é analisada por meio da Fluidodinâmica Computacional. As simulações numéricas foram realizadas em duas geometrias; na primeira, o trocador de calor casco e tubos não possuía as chicanas; na segunda, foi adicionado chicanas na mesma geometria. A simulação da primeira geometria foi utilizada para comparar os resultados e avaliar os parâmetros utilizados, já a segunda, representa uma geometria com os principais componentes presentes nos trocadores de calor casco e tubos. Para as simulações foi utilizado o OpenFOAM como ferramenta de análise, modelado como transiente. Foram também utilizados, os modelos de turbulência k-episilon e LES (Large-Eddy Simulation). Os resultados apresentam os contornos de temperatura e velocidade, conforme a geometria e a modelagem da turbulência, realizando uma comparação da taxa de transferência de calor. Os valores dos modelos de turbulência se mostram próximos entre eles, e com um estudo semelhante. Observou um aumento de 22% na taxa de transferência de calor ao serem incluídas as chicanas na geometria.