Modelagem computacional de um trocador de calor solo-ar empregando diferentes modelagens para turbulência

Juliane Gabina Ferraz, Bruna Rodrigues Nunes, Michel Kepes Rodrigues, Ruth da S. Brum, Jeferson Avila Souza, Luiz Alberto Oliveira Rocha, Liércio André Isoldi, Elizaldo Domingues dos Santos

Resumo


A radiação solar é uma fonte de energia renovável e sua energia térmica pode ser aproveitada através da utilização de trocadores de calor solo-ar (TCSA) em ambientes construídos, podendo ser uma alternativa para reduzir o consumo de energia elétrica. Estes dispositivos consistem em dutos enterrados no solo, onde ocorre o escoamento do ar ambiente. O ar é resfriado/aquecido pelo solo nos períodos quente/frio podendo ser utilizado para climatizar ambientes construídos. Para simular numericamente os comportamentos térmico e fluidodinâmico de um TCSA é necessário empregar alguma modelagem para turbulência. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo estudar diferentes modelos clássicos (RANS) para a abordagem numérica da turbulência: RSM (Reynolds Stress Model), k-ε padrão, k-ω padrão e Spalart Allmaras no estudo do princípio físico de funcionamento de um TCSA com um duto retilíneo, a fim de propor uma recomendação sobre os modelos mais adequados para esse tipo de aplicação. A modelagem computacional foi realizada através do software FLUENT que é baseado no método dos volumes finitos (MVF). Os resultados numéricos obtidos com os modelos RANS foram concordantes com os da literatura. Além disso, os modelos Spalart Allmaras e k-ω padrão conduziram a uma redução de aproximadamente 40% no tempo de processamento em comparação ao RSM, sendo os mesmos recomendados para esse tipo de aplicação em TCSA com dutos retos.

Palavras-chave


modelagem computacional, modelos de turbulência e trocador de calor solo-ar.

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DOI: http://dx.doi.org/10.14808/sci.plena.2015.081314

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