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

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 S_T/D (passo transversal sobre o diâmetro) sobre o coeficiente de arrasto (C_D) e o número de Nusselt (Nu_D) entre os cilindros e o escoamento circundante, bem como obter as geometrias ótimas do problema multiobjetivo. Em todos os casos estudados a razão S_L/D (passo longitudinal sobre o diâmetro) foi mantida fixa, S_L/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 C_D e Nu_D, mas também alterou o comportamento das camadas limite fluidodinâmica e térmica conduzindo a alterações no efeito da razão S_T/D sobre C_D e Nu_D.