Estudo numérico da transferência de calor por convecção natural entre duas superfícies isotérmicas inclinadas e onduladas

Abstract

Este projeto de pesquisa consiste na análise numérica da transferência de calor por convecção natural convectiva através de duas superfícies inclinadas, contendo ondulações em ambos lados. A distância de separação entre as superfícies é variável e relativamente pequena, de forma que o fluxo ocorrido nas superfícies influencie as taxas de transferência de calor de cada placa analisada. As ondulações consideradas neste trabalho têm formato retangular, com altura variável, submetendo-se ao efeito do aumento da taxa de transferência de calor através de um fluido adjacente, neste caso, ar ambiente. O objetivo principal deste projeto consiste em determinar a taxa de transferência de calor por convecção natural de cada uma das placas com ondulações superficiais, através da alteração do ângulo de inclinação, distância entre as superfícies e o número de Rayleigh. Os resultados foram obtidos numericamente por meio do uso do modelo de turbulência k−ε com o auxílio do software comercial ANSYS FLUENT©. A partir dos resultados obtidos, recomendam-se geometrias que apresentam as melhores correlações de aumento da transferência de calor convectiva para esta situação com duas placas inclinadas em estudo, além do encontro de equações matemáticas por meio do método de regressão linear multivariável, que devem descrever de forma satisfatória o comportamento das intensidades observadas.

This research project consists of a numerical analysis of the natural convective heat transfer from two inclined surfaces containing waves on both sides. The distance separation between the surfaces is relatively small in such a way that the flow from both surfaces influences the heat transfer rates from each surface. The waves considered in this work have a rectangular shape with variable height, having the effect of increasing the heat transfer rate of the heated plates to an adjacent fluid, in this case, ambient air. The main objective of this work is to determine the natural convective heat transfer rate from the inclined wavy surfaces to the ambient air, with variation of the following variables: inclination angle, dimensionless distance between the surfaces and the Rayleigh number. Results were obtained numerically using the standard turbulence model including effects of buoyant forces with the aid of the commercial CFD solver ANSYS FLUENT©. Furthermore, with the results obtained, geometric recommendations of the situation under analysis can be made, providing the greatest improvement in the natural convective heat transfer rate from the inclined wavy surfaces, in addition to finding mathematical equations through the multivariable linear regression method, which must satisfactorily describe the behavior of the observed intensities