Análise numérica da transferência de calor por convecção natural entre superfícies isotérmicas horizontais onduladas

Abstract

Este projeto consiste na análise numérica da transferência de calor por convecção natural a partir de duas placas horizontais separadas verticalmente, contendo ondulações em ambos os lados. A distância vertical que separa as placas, é relativamente pequena, de tal forma que o escoamento proveniente de ambas as placas influencia nas taxas de calor a partir de cada placa. As ondulações consideradas neste projeto possuem formato retangular com altura constante, tendo o efeito de aumentar a taxa de transferência de calor das placas aquecidas para um fluido adjacente, no caso, ar ambiente. O objetivo principal desse projeto consiste na determinação da taxa de transferência de calor por convecção natural, a partir das placas horizontais onduladas e o ar ambiente. Efeitos na taxa de transferência de calor por convecção natural, a partir das superfícies individuais de cada placa, bem como a partir da superfície total de cada placa, serão analisados em função das seguintes variáveis: número de ondulações, largura adimensional das ondulações, distância vertical adimensional entre as placas e do número de Rayleigh. Os resultados serão obtidos numericamente, utilizando o modelo de turbulência k-épsilon padrão, incluindo efeitos das forças de empuxo com o auxílio do software ANSYS FLUENT. Em função dos resultados obtidos, foram feitas recomendações geométricas da situação em análise, que forneceram a maior melhoria na taxa de transferência de calor por convecção natural, a partir das superfícies horizontais onduladas.

This project consists of the numerical analysis of the heat transfer by natural convection from two vertically separated horizontal plates, containing undulations on both sides. The vertical distance separating the plates is relatively small, such that the flow from both plates influences the heat rates from each plate. The ripples considered in this project have a rectangular shape with constant height, having the effect of increasing the heat transfer rate from the heated plates to an adjacent fluid, in this case, ambient air. The main objective of this project is to determine the rate of heat transfer by natural convection, from the wavy horizontal plates and the ambient air. Effects on the rate of heat transfer by natural convection, from the individual surfaces of each plate, as well as from the total surface of each plate, will be analyzed in terms of the following variables: number of ripples, dimensionless width of ripples, vertical distance dimensionless between the plates and the Rayleigh number. The results will be obtained numerically, using the standard k-epsilon turbulence model, including the effects of buoyancy forces with the aid of the ANSYS FLUENT software. Based on the results obtained, geometric recommendations were made for the situation under analysis, which provided the greatest improvement in the rate of heat transfer by natural convection from the undulating horizontal surfaces.