Autor: Gabriel de Avila Barreto (Currículo Lattes)
Resumo
O presente trabalho consiste na avaliação numérica de escoamentos turbulentos, incompressíveis, transientes, em domínio bidimensional com convecção forçada incidindo sobre um feixe de tubos com arranjo escalonado. A geometria do domínio é avaliada através do método Design Construtal e possui como restrição a área de ocupação do feixe de tubos e a área total dos tubos, além de possuir três graus de liberdade: SL1/D (razão do passo longitudinal entre a primeira fileira e a segunda fileira de cilindros e o diâmetro do mesmo), SL2/D (razão do passo longitudinal entre a segunda fileira e a terceira fileira de cilindros e o diâmetro do mesmo) e SL3/D (razão do passo longitudinal entre a terceira fileira e a quarta fileira de cilindros e o diâmetro do mesmo). Em todas as simulações serão considerados números de Reynolds e Prandtl iguais a ReD = 5500 e Pr = 0,71, respectivamente. As equações temporais médias de conservação da massa, quantidade de movimento e energia são solucionadas através do Método dos Volumes Finitos, pelo software de CFD (Computational Fluid Dynamics) Ansys Fluent, e a turbulência é resolvida através da modelagem clássica da turbulência (RANS - Reynolds Averaged Navier-Stokes) com fechamento através do modelo transition SST (Shear Stress Transport). O objetivo do estudo é alterar a geometria do arranjo a fim de obter os melhores desempenhos térmico e fluidodinâmico, através da avaliação do número de Nusselt e do coeficiente de arrasto, e verificar a influência dos graus de liberdade nos mesmos. Os resultados apontaram para um melhor desempenho térmico quando as fileiras de cilindros estão mais próximas umas das outras, enquanto o pior desempenho térmico ocorre quando o arranjo está distribuído de maneira mais homogênea, tendo uma diferença de 7,18% entre o pior e o melhor arranjo. Já na análise fluidodinâmica, o melhor desempenho fluidodinâmico ocorreu com arranjo distribuído de maneira mais homogênea, com o pior caso sendo quando os cilindros estão mais próximos entre si, acarretando uma diferença de 23,12% entre o pior e o melhor caso.