Estudo numerico da convecção natural e forçada em cavidades tridimensionais

Abstract

O presente trabalho estuda o comportamento de cavidades fechadas e abertas com convecção natural laminar e convecção forçada em regime laminar e turbulento, respectivamente, em regime permanente, para cavidades com razão de aspecto igual a 0,25 (relação entre largura e altura). O modelo simula um sistema térmico composto por um processador e um dissipador de calor aletado limitados por uma cavidade. Para a determinação das distribuições de velocidades e temperaturas são utilizadas as equações da conservação da massa, quantidade de movimento e de energia com a aproximação de Boussinesq. O aplicativo Ansys CFX versão 12 Educacional foi usado para a modelagem e a solução dos problemas, sendo utilizado o modelo de turbulência k-. Foram feitas diversas simulações variandose as condições de contorno, dentro de limites normalmente encontrados em situações reais. Os resultados são apresentados de forma gráfica e dimensional, relacionando temperatura e potência dissipada e temperatura e número Rayleigh. São apresentadas as comparações entre os desempenhos dos dissipadores quanto à posição da cavidade na vertical e horizontal sendo ainda analisada a influência do número de aletas. Para as cavidades abertas com ventilação forçada com fluxo frontal aspirando e soprando, foram simuladas e comparadas duas condições de velocidade do ar para fluxos laminar-turbulento e turbulento

The objective of this work is to study the natural convection coupled with forced convection inside an enclosure in both laminar and turbulent flow regimes. It was considered an enclosure with aspect ration of 0,25 (relation between height and width) in which a processor and its finned heat sink is assembled. In order to calculate the velocity temperature and pressure, the mass, energy and momentum conservation equations are solved with the Boussinesq approximation. The turbulent flows are treated using a k- model and the ANSYS-CFX Educational version 12.0 was used to do the calculations. Some situations were simulated with the proper choice of the boundary conditions taking into account the limits found in real applications. The results are presented in a dimensional form even though the Rayleigh number for each situation is evaluated to permit comparisons with results found in the literature. The performance in terms of heat transferred is compared for vertical and horizontal orientation, for heat sinks with different numbers of fins and forced flow in different directions. For the open enclosures with forced flow, the flow direction and the flow regimes were varied