Otimização geométrica de um arranjo triangular de cilindros submetido a escoamento laminar com convecção forçada

Autores

  • Marcelo Moraes Galarça Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul
  • Felipe Rodrigues Cardoso FURG - Universidade Federal do Rio Grande
  • André Luis Razera FURG - Universidade Federal do Rio Grande
  • Ivoni Carlos Acunha Jr. IFRS - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul.
  • Liércio André Isoldi FURG - Universidade Federal do Rio Grande
  • Anderson Favero Porte IFRS - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia
  • Luiz Alberto de Oliveira Rocha UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul
  • Elizaldo Domingues dos Santos FURG - Universidade Federal do Rio Grande

Palavras-chave:

Otimização geométrica, coeficiente de arrasto, número de Nusselt, problema multi-objetivo, Constructal Design.

Resumo

O presente trabalho numérico estuda o arranjo triangular de cilindros submetidos a escoamentos transientes, bi-dimensionais, incompressíveis, laminares e com convecção forçada por meios do método Constructal Design. As simulações foram realizadas para escoamentos com números de Reynolds e Prandtl de ReD = 100 e Pr = 0.71. 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 três cilindros é uma restrição geométrica do problema, enquanto as razões ST/D (passo transversal sobre o diâmetro) e SL/D (passo longitudinal sobre o diâmetro) são os graus de liberdade. Vale destacar que os diâmetros dos três cilindros são iguais em todos os casos. O principal objetivo aqui é avaliar qual razão ST/D minimiza o coeficiente de arrasto e maximiza a taxa de transferência de calor (número de Nusselt) entre os cilindros e o escoamento circundante, i.e., um problema multiobjetivo. Em todos os casos foi considerada uma razão SL/D = 3.5. Os resultados mostraram que o comportamento fluidodinâmico e térmico foi bastante influenciado pela razão ST/D. O coeficiente de arrasto (CD) mínimo e o máximo número de Nusselt (NuD) são obtidos para ST/D = 1.5 e 5.5, respectivamente. Contudo, os melhores arranjos considerando a função multiobjetivo (arrasto e transferência de calor) foram alcançados na região ST/D ~ 2.0, mais próximo do ótimo obtido para o problema fluidodinâmico, ao contrário do observado para um caso de par de cilindros abordado na literatura.

Biografia do Autor

Marcelo Moraes Galarça, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul

 http://lattes.cnpq.br/1660157566796755

Felipe Rodrigues Cardoso, FURG - Universidade Federal do Rio Grande

Engenheiro Mecânico - FURG.

 

André Luis Razera, FURG - Universidade Federal do Rio Grande

http://lattes.cnpq.br/0571586286882262

Ivoni Carlos Acunha Jr., IFRS - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul.

http://lattes.cnpq.br/0120359380643615

Liércio André Isoldi, FURG - Universidade Federal do Rio Grande

http://lattes.cnpq.br/3761060945802171

Anderson Favero Porte, IFRS - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia

http://lattes.cnpq.br/5624980029493788

Luiz Alberto de Oliveira Rocha, UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

http://lattes.cnpq.br/2535324018884724

Elizaldo Domingues dos Santos, FURG - Universidade Federal do Rio Grande

http://lattes.cnpq.br/6854950768271660

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Publicado

2015-02-10

Edição

Seção

3ª Mostra de Produção Científica e Tecnológica