Avaliação numérico-experimental da convecção natural em uma placa plana horizontal

Abstract

Este estudo simula a convecção natural em uma placa plana horizontal com temperatura uniforme, através do software livre OpenFOAM e valida as simulações de CFD experimentalmente. Modelos bidimensionais foram utilizados para resolver o problema, junto aos modelos de turbulência k-epsilon e k-omega SST, para uma faixa de Rayleigh (RaLc) de 8,015 x 10^4 à 8,015 10^9. O aparato experimental utilizado para validação dos resultados numéricos consiste em uma placa aquecida por resistores, onde a temperatura foi mantida constante através de um regulador de tensão. O experimento foi reproduzido para valores de Rayleigh (RaLc), de 2.5 x 10^6 e 5.2 x 10^6. A visualização do escoamento na placa, no procedimento experimental foi realizada utilizando o efeito Schlieren. Com efeito, correlações de potência do tipo NuLc = C RaLc^m entre os dados numéricos foram levantadas e comparações com os resultados experimentais e os resultados disponíveis na literatura, indicaram uma boa previsão do modelo numérico bem como uma extensão da faixa de aplicação das correlações existentes para convecção natural em placas planas horizontais.

This study simulates the natural convection over a horizontal flat plate with a uniform temperature using the benefit of the open source OpenFOAM software and forward validades the numerical results experimentally. Bidimensional models were used to model the problem and the κ − ε and κ − ω SST turbulence models also were used, for a Rayleigh (RaLc) range from 8, 015 × 104 to 8, 015 × 109 . The experimental apparatus used to validade the numerical results, is composed by a plate heated by a resistor heater, where the temperature of the surface was maintained constant by using a voltage regulator. The experimental procedure was replicated for Rayleigh number (RaLc) of 2,5 × 106 and 5,2 × 106 . The visualization of the flow over the plate in the experimental procedure was done using the Schlieren effect. Therefore, power law correlations, like NuLc = CRam Lc, were used to fit the numerical results and further comparision with experimental results and results available in the literature, shows that the numerical model did good predictions and extended the range of RaLc wich the correlations for natural convection over a horizontal plate are applicable