Autor: Rafael San Martin Moreira (Currículo Lattes)
Resumo
Trocadores de calor do tipo microcanais são dispositivos que permitem obter elevadas taxas de transferência de calor por unidade de volume possuindo grande aplicação na indústria aeroespacial, naval e automotiva. Recentemente, devido à redução dos custos para construção, esses trocadores passaram a ser aplicados em condensadores de refrigeração doméstica. O presente trabalho numérico investiga a construção de um arranjo de blocos quadrados aquecidos e montados em um microcanal bidimensional submetido a escoamentos incompressíveis, laminares, no regime permanente com transferência de calor por convecção forçada. O objetivo é maximizar a taxa de transferência de calor entre os blocos aquecidos e o escoamento circundante. Um algoritmo baseado na Teoria Construtal é empregado para a construção do arranjo do bloco a partir de uma configuração elementar. A evolução é baseada em uma função de construção que utiliza os campos fluidodinâmicos e térmicos para definição da colocação de cada novo bloco elementar na área de ocupação do canal. Foram investigados casos de convecção forçada para três números de Bejan BeL = 2,45 x 104, 24,5 x 104 e 123,3 x 104 para um número de Prandtl Pr = 0,71. Também foi analisada a influência da distância entre os centros dos blocos D/L = 1, 1,5, 2 e 2,5, assim como a variação do tamanho do elemento construtivo para L = 2,5 mm, 5 mm e 7,5 mm, com D/L = 1,5 constante. Por último, foram analisados a influência do distanciamento entre os blocos com L = 5 mm, agora com o primeiro bloco centralizado na área de ocupação. Para a solução dos escoamentos com transferência de calor por convecção estudados nesse trabalho será empregada a abordagem numérica, onde utiliza-se o método de volumes finitos (MVF) para a solução das equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia. A montagem dos blocos variou no intervalo 1 N 12. Os resultados indicaram que o aumento da intensidade do escoamento, assim como um maior distanciamento entre os blocos, ocasionou um aumento da troca térmica entre os blocos e o fluido circundante. Com relação à variação do tamanho do elemento construtivo foi observado que quanto maior o tamanho, maior a área de troca térmica e, consequentemente, são obtidas elevadas taxas de transferência de calor por unidade de comprimento, como também é visível uma maior estabilidade térmica entre os desempenhos extremos obtidos.