RESFRIAMENTO POR CONVECÇÃO FORÇADA DE UM AQUECEDOR 3D PROTUBERANTE EM UM CANAL COM ESCOAMENTO LAMINAR

Abstract

Neste trabalho foi realizado um estudo numérico do resfriamento por convecção forçada de um aquecedor 3D protuberante montado em um substrato adiabático de um canal horizontal de placas paralelas utilizando o software ANSYS/Fluent^® 14.5. Uma taxa de geração de calor uniforme foi assumida no aquecedor protuberante e seu resfriamento ocorreu pelo escoamento forçado de ar, em regime laminar, com propriedades constantes e em regime permanente. Na entrada do canal, os perfis de velocidade e de temperatura eram uniformes. As equações governantes com suas condições de contorno foram resolvidas numericamente dentro de um domínio único, que englobou as regiões dos sólidos e do fluido, através de um procedimento acoplado. A discretização das equações foi baseada no Método de Volumes de Controle. O algoritmo SIMPLE foi utilizado para tratar do acoplamento pressão-velocidade. A discretização dos termos difusivo-convectivos foi realizada através do esquema Upwind de 2ª ordem. Devido às não-linearidades na equação do momentum, as componentes de velocidade e a correção da pressão foram sub-relaxadas para prevenir instabilidade e divergência. Após um estudo de refinamento de grade computacional, os resultados numéricos foram obtidos com uma grade 3D não-uniforme contendo aproximadamente 873.000 volumes de controle. Esta grade computacional foi mais concentrada nas regiões próximas às interfaces sólido-fluido devido aos maiores gradientes das variáveis primitivas nestas regiões. Os efeitos do número de Reynolds na transferência de calor por convecção forçada foram investigados na faixa de 100 a 300. Os parâmetros termofluidodinâmicos de interesse, tais como: linhas de corrente, distribuições de pressão e de temperatura e número de Nusselt médio foram encontrados e comparados, quando possível, com os resultados disponíveis na literatura.