Aplicação da teoria construtal para a construção de um arranjo de blocos aquecidos inseridos em canal sujeito a escoamentos com convecção forçada

Autores

DOI:

https://doi.org/10.5902/2179460X74568

Palavras-chave:

Teoria Construtal, Investigação Geométrica, Convecção de Calor, Arranjo de Blocos, Escoamento Laminar

Resumo

Este trabalho mostra uma análise da construção do arranjo geométrico de blocos montados nas superfícies de um canal sujeita a um escoamento laminar, incompressível, com convecção forçada em um domínio bidimensional. A construção é realizada através de uma função de construção baseada no indicador de performance do sistema, ou seja, a taxa de transferência de calor do arranjo para o escoamento. Para a montagem do arranjo foi empregada uma metodologia baseada nos princípios da Teoria Construtal. Para resolver o problema de convecção, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia foram resolvidas com o Método dos Volumes Finitos, mais precisamente empregando o software FLUENT. O trabalho tem por objetivo compreender como ocorre a construção dos blocos iniciais do arranjo (N = 3 blocos) em uma área de ocupação do canal em escoamentos com convecção forçada e números de Reynolds e Prandtl de ReH = 100 e Pr = 0,71. O melhor e o pior caso para N = 2 conduziram a um aumento de 93,21% e 28,59%, respectivamente, em comparação com o caso N = 1.  Os resultados demonstraram que a construção que conduziu ao melhor desempenho térmico foi a configuração onde há uma maior quantidade de movimento entre blocos (intensificando o coeficiente convectivo de transferência de calor) e com menor interação entre as camadas limites térmicas, o que está de acordo com o princípio da ótima distribuição das imperfeições.

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Biografia do Autor

Diego Mion do Carmo, Universidade Federal do Rio Grande

Doutorado em andamento em Modelagem Computacional.
Universidade Federal do Rio Grande, FURG, Brasil.

Liércio André Isoldi, Universidade Federal do Rio Grande

Graduação em Engenharia Mecânica, Graduação em Engenharia Civil e Mestrado em Engenharia Oceânica pela Universidade Federal do Rio Grande, Doutorado em Engenharia pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul e Pós-Doutorado vinculado ao Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional da Universidade Federal do Rio Grande. Atualmente é Professor Associado III da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande, Professor permanente do Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica.

Luiz Alberto Oliveira Rocha, Universidade Federal do Rio Grande

Possui graduação em Engenharia Mecânica de Automóveis pelo Instituto Militar de Engenharia, mestrado em Engenharia Mecânica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, doutorado em Engenharia Mecânica - Duke University e pós-doutorado na área de Turbulência no Instituto de Pesquisas Hidráulicas/UFRGS. Tem experiência na área de Engenharia Mecânica, com ênfase em Termodinâmica, Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor, atuando principalmente nos seguintes temas: otimização geométrica, análise energética e exergética, energias alternativas/renováveis, teoria constructal e design, indústria 4.0, realidade virtual e aumentada, modelagem, simulação e otimização de sistemas. Atualmente é professor convidado no PPG Engenharia Mecânica da UFRGS e professor visitante nos PPG Modelagem Computacional e PPG Engenharia Oceânica da FURG.

Marcelo Risso Errera, Universidade Federal do Paraná

Graduado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Espírito Santo, mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual de Campinas e Doctor of Philosophy pela Duke University. Estágio pós doutoramento realizado na Universidade de Duke. Atualmente é professor associado da Universidade Federal do Paraná. Tem experiência em temas da Engenharia Ambiental e Mecânica, com ênfase em sustentabilidade energo-ambiental, atuando principalmente nos seguintes temas: controle ambiental, descontaminação de águas subterrâneas, teoria dos constructais, análise exergética, aproveitamento de energia, termoeconomia, emissões veiculares. Desenvolve também trabalhos em modelagem de ecossistemas, avaliação de ciclo de vida, combustão integrada de biomassa e gás natural. 

Elizaldo Domingues dos Santos, Universidade Federal do Rio Grande

Possui graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande, mestrado e doutorado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Tem experiência na área de engenharia mecânica com ênfase em mecânica dos fluidos, transferência de calor, termodinâmica, dinâmica dos fluidos computacional, fontes renováveis de energia e design. Atualmente é professor Associado III da Universidade Federal do Rio Grande e docente permanente dos Programas de Pós-Graduação em Modelagem Computacional e Engenharia Oceânica. Atua principalmente com os seguintes temas: análise numérica de escoamentos turbulentos isotérmicos e com transferência de calor por convecção, trocadores de calor, análise numérica do princípio de funcionamento de dispositivos para uso de fontes renováveis de energia (energia das ondas do mar, energia eólica, chaminés solares, trocadores de calor solo-ar) e avaliação geométrica de problemas de engenharia empregando Design Construtal.

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Publicado

2023-12-01

Como Citar

Carmo, D. M. do, Isoldi, L. A., Rocha, L. A. O., Errera, M. R., & Santos, E. D. dos. (2023). Aplicação da teoria construtal para a construção de um arranjo de blocos aquecidos inseridos em canal sujeito a escoamentos com convecção forçada. Ciência E Natura, 45(esp. 3), e74568. https://doi.org/10.5902/2179460X74568

Edição

v. 45 n. esp. 3 (2023): XXV ENMC - XIII ECTM - IX MCSul - IX SEMENGO

Seção

Edição Especial

Licença

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