Análise da convecção em cavidade com o topo deslizante preenchida com meio poroso heterogêneo

• Autor(a) principal: Santos, Felipe da Silva
• Data de Publicação: 2016
• 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/1/10511
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR; Materiais porosos; Métodos de simulação; Dinâmica dos fluidos; Calor - Convecção natural; Engenharia mecânica; Porous materials; Simulation methods; Fluid dynamics; Heat - Convection, Natural; Mechanical engineering

O estudo da convecção em meios porosos é relevante para uma variedade de aplicações de engenharia nas indústrias energética, farmacêutica, de alimentos e de petróleo. Neste trabalho, a transferência de calor por convecção em cavidade porosa com o topo deslizante submetida a uma condição gravitacionalmente estável é simulada numericamente. Tal condição é estabelecida mantendo a temperatura da superfície superior maior do que a da base e as paredes laterais adiabáticas. O meio poroso é modelado em microescala com o constituinte sólido caracterizado como blocos quadrados, uniformemente distribuídos e condutores de calor. As equações de balanço são aplicadas separadamente em cada constituinte, dividindo a cavidade em dois domínios distintos (sólido e fluido). Condições de compatibilidade são prescritas nas superfícies dos blocos impondo igualdade de temperaturas e de fluxos de calor. O objetivo é avaliar a influência dos parâmetros do escoamento na faixa de 1000 <= Re <=2500 e 100000 <= Gr 10000000, da fração volumétrica, 0,19 <= φ<=1 , e do número de blocos, 1 <= N <= 64 . As equações são solucionadas através do método dos volumes finitos, usando o esquema QUICK para os termos advectivos e o algoritmo SIMPLE para o acoplamento pressão - velocidade. Em geral, a inserção de blocos sólidos reduz a circulação de fluido, sendo esse efeito intensificado mediante a redução da fração volumétrica (para N constante) ou o aumento de N (para φ constante). Para situações predominantemente convectivas, mantendo N constante e diminuindo φ , resulta no aumento de transferência de calor. No entanto, para baixos valores de φ , os efeitos de interferência são severos e o Nusselt médio diminui. Adicionalmente, para φ constante, a convecção é desfavorecida com o aumento de N por causa dos efeitos de canalização impostos sobre o escoamento pelos canais entre os blocos. Por outro lado, para configurações predominantemente condutivas, a introdução de blocos prejudica a convecção. Contudo, se φ é baixo ou o número de blocos é alto, o fluido é forçado a circundar os blocos devido aos efeitos de estreitamento do escoamento, beneficiando a transferência de calor. O estreitamento é principalmente observado para N = 1, uma vez que N > 1, o efeito de canalização mantém a estagnação do fluido nas adjacências da base da cavidade.