Autor: Gabriel Moraes Barros (Currículo Lattes)
Resumo
O presente 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 Design Construtal, além do efeito do número de Richardson sobre o escoamento. A forma do arranjo foi escolhida, a fim de simular os arranjos escalonados de cilindros presentes em equipamentos térmicos comuns a embarcações, procurando-se diminuir o peso e custo dos equipamentos a bordo. 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 (MVF). A área ocupada pelos cilindros é uma restrição geométrica do problema e os cilindros têm o mesmo diâmetro. O principal objetivo é avaliar a influência do Ri sobre o coeficiente de arrasto (CD) e o número de Nusselt (NuD) entre os cilindros e o escoamento circundante, bem como obter as geometrias ótimas do problema multiobjetivo (fluidodinâmico e térmico). Foram simulados casos com a razão SL/D = 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 e 5,0 (passo longitudinal sobre o diâmetro) e os mesmos valores foram usados para a razão ST/D (passo transversal sobre o diâmetro). Os resultados mostraram que o aumento do número de Richardson levou a um crescimento das magnitudes do coeficiente de arrasto (CD) e número de Nusselt (NuD). Além disso, houve uma mudança significativa no comportamento das camadas limites térmicas e de velocidades com o aumento Ri que alterou o efeito da razão ST/D e SL/D em CD e NuD. Foram apresentados os resultados ótimos para os valores de Ri = 0,1; 1,0 e 10,0, além de comentários sobre as diferenças de comportamento dos escoamentos. Não há um comportamento ótimo universal para o escoamento, já que a geometria se adapta ao mecanismo motriz aplicado ao arranjo de cilindros.