Analise numerica da influencia de geradores de vortices na transferencia de calor e perda de carga de trocadores de calor tubo-aleta compactos com duas fileiras de tubos.

Resumo

Trocadores de calor compactos do tipo tubo-aleta desempenham um papel fundamental na indústria, sendo utilizados em uma grande variedade de equipamentos tais como aparelhos domésticos de ar-condicionado e automóveis. Desta forma, torna-se fundamental do ponto de vista tecnológico o desenvolvimento de técnicas que permitam o aperfeiçoamento destes componentes de forma a tomá-los cada vez mais compactos, baratos, e menos custosos do ponto de vista operacional. Nos últimos anos, várias técnicas tem sido propostas de forma a tentar atingir os objetivos acima citados, dentre as quais inclui-se a utilização de geradores de vórtices longitudinais. Apesar das investigações a respeito da utilização da técnica em trocadores tubo-aleta se apresentarem ainda num estágio inicial, alguns resultados já indicam ser possível reduzir-se a perda de carga e ainda obter níveis significativos de intensificação da transferência de calor em trocadores tubo-aleta com a utilização de geradores de vórtices. O grupo de pesquisa ao qual este projeto está ligado já realizou trabalhos na área de intensificação através de geradores de vórtices longitudinais, os quais envolvem tanto estudos a respeito dos mecanismos que governam a intensificação quanto investigações num modelo simplificado de trocador tubo-aleta com o objetivo de determinar a influência de alguns parâmetros dos geradores objetivando uma futura aplicação da técnica a este tipo de componente. Assim, o presente projeto de pesquisa visa uma continuação dos estudos já realizados pelo grupo a fim de acrescentar conhecimentos em termos da influência de parâmetros geométricos tanto do trocador quanto dos geradores de vórtices. Para tanto, serão estudados trocadores de calor compactos (arranjos em linha e em quincôncio) com duas fileiras de tubos e geradores de vórtices. A investigação será desenvolvida através de uma abordagem computacional, fazendo-se uso do método dos volumes finitos aplicado à sistemas de coordenadas adaptados às fronteiras do escoamento (Boundary Fitted Coordinates) em função do tipo de geometria que será analisada. O código computacional adotado (PHOENICS 2.0) é bastante flexível, sendo este um fator determinante na escolha do mesmo, na medida em que permite a implementação de modificações tais como novas condições de contorno ou modelos de turbulência. O estudo buscará a realização de análises locais, em termos de campos de velocidade, temperatura e pressão, além de distribuição dos coeficientes de película, que permitam uma melhor compreensão do processo de intensificação neste tipo de geometria, e a obtenção de resultados globais que possam servir de base para a avaliação do desempenho do trocador de calor real. Com o objetivo de consolidar os resultados obtidos através da modelagem computacional do problema, espera-se realizar a validação das simulações numéricas através da comparação com ensaios experimentais realizados por outros pesquisadores do mesmo grupo de trabalho. (AU)