Influência da Convecção Mista sobre a Otimização Geométrica de um Arranjo Triangular de Cilindros em Escoamentos Laminares

Gabriel Moraes Barros, Diego Mion do Carmo, Rafael Cemin, Marcelo Moraes Galarça, Liércio André Isoldi, Luiz Alberto Oliveira Rocha, Elizaldo Domingues dos Santos

Resumo


Este estudo numérico consiste em avaliar a forma geométrica de um arranjo triangular de cilindros submetidos a escoamentos transientes, bi-dimensionais, incompressíveis, laminares e com convecção mista por meios do Constructal Design. As simulações foram realizadas para escoamentos com números de Reynolds e Prandtl, de 100 e 0,71, respectivamente, avaliando-se três diferentes números de Richardson: Ri = 0,1; 1,0; e 10,0. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia foram resolvidas com o uso do método de volumes finitos (FVM – do inglês: Finite Volume Method). A área ocupada pelos cilindros é uma restrição geométrica do problema. O principal objetivo é avaliar a influência do Ri no efeito da razão ST/D (passo transversal sobre o diâmetro) sobre o coeficiente de arrasto (CD) e o número de Nusselt (NuD) entre os cilindros e o escoamento circundante, bem como obter as geometrias ótimas do problema multiobjetivo. Em todos os casos estudados a razão SL/D (passo longitudinal sobre o diâmetro) foi mantida fixa, SL/D = 1,5. Foi avaliado que a variação do mecanismo motriz do escoamento (causado pela variação do número de Richardson) não somente afetou as magnitudes de CD e NuD, mas também alterou o comportamento das camadas limite fluidodinâmica e térmica conduzindo a alterações no efeito da razão ST/D sobre CD e NuD.


Palavras-chave


Escoamentos Externos, Arranjo de Cilindros, Otimização Geométrica, Constructal Design, Convecção Mista.

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DOI: http://dx.doi.org/10.14808/sci.plena.2015.081311

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