Análise geométrica de um canal aletado com transferência de calor por convecção mista através do Design Construtal

Abstract

O presente estudo numérico consiste em avaliar a geometria de um canal horizontal com duas aletas retangulares inseridas nas superfícies submetido a escoamentos bidimensionais, permanentes, laminares, incompressíveis e com convecção mista. A geometria varia de acordo com o método Design Construtal. As simulações foram realizadas com o fluido sendo o ar, com números de Prandtl e Reynolds constantes e iguais a Pr = 0,71 e Re_H = 100 e para três diferentes números de Grashof, Gr_H = 10³, 10⁴ e 10⁵. Foram solucionadas as equações de conservação de massa, de movimento e energia com uso do Método de Volumes Finitos. O principal objetivo é avaliar a influência da geometria das aletas retangulares inseridas no canal, bem como a distância entre elas, sobre a taxa de transferência de calor. No problema a área do canal e a área de ocupação da aleta em relação ao canal são as restrições geométricas do problema. Além disso, são avaliados três graus de liberdade: H₁/L₁ (razão entre altura e largura da aleta posicionada a montante no escoamento), H₂/L₂ (razão entre altura e largura da aleta posicionada a jusante no escoamento) e L₃ (distância entre centros das aletas). Com essa análise realizada, o método Design Construtal permitiu uma melhoria significativa no desempenho térmico dos sistemas aletados, com uma diferença entre os mínimos e máximos globais de mais de 100% quando comparados aos mesmos parâmetros de escoamento. Os resultados mostraram a importância de realizar uma análise geométrica do problema proposto para melhorar o desempenho térmico do sistema.