Este trabalho apresenta um estudo numérico de um escoamento turbulento em um canal retangular contendo um tubo interno aquecido ( = 2000 W/m2), com relações W/D iguais a 1,05, 1,10, 1,15, 1,20 e 1,50. Utilizando o pacote ANSYS CFX 13 com o modelo de turbulência SAS-SST, conclui-se que:
• Com o aparecimento ou não das estruturas, a relação W/D foi o fator determinante nos processos de transferência de calor, como também nos coeficientes de atrito dos casos analisados, já que:
– Quanto maior a relação W/D, maior foram os coeficientes de transferência de calor convectivos e Números de Nusselt médios. – Quanto maior a relação W/D, maior foram os coeficientes de atrito
médios.
– Quanto maior a relação W/D, maior foram os valores do Fator de Desempenho Térmico.
• Como foi visto, as menores relações W/D acabam provocando baixas velocidades axiais do fluido nas fendas, o que ocasiona uma rápida elevação das temperaturas na superfície do tubo próximas as regiões de entrada, e isso resultou em menores coeficientes de transferência de calor convectivo. • Enquanto que relações W/D maiores, logo nas regiões de entrada, o fluido
escoa com maiores velocidades axiais, o que não permite que as temperaturas da superfície do tubo se elevem demasiadamente em nenhum momento, mantendo os valores dos coeficientes de transferência de calor convectivo elevados.
• Em relação as estruturas coerentes, existe uma máxima relação W/D para que elas apareçam nos canais compostos devido às diferenças da velocidade axiais entre os canais principal e secundário.
• Quanto maior a relação W/D, mais distante da região de entrada as estruturas coerentes aparecem.
• As estruturas coerentes:
– Provocam oscilações da velocidade transversal na região da fenda; – Aumentam a velocidade axial na região da fenda;
– Causam perturbações nos campos de velocidade e temperatura;
– Promovem transporte de massa, quantidade de movimento e energia entre os canais principal e secundário.
– Intensificam a mistura das camadas do fluido, uniformizando sua temperatura;
– Diminuem instantaneamente a temperatura superficial do tubo;
– Aumentam os coeficientes de transferência de calor convectivos e os Números de Nusselt locais;
– Elevam também os coeficientes de atrito locais.
– Acabam aumentando também os valores do Fator de Desempenho Térmico.
Desta forma, o aparecimento das estruturas coerentes em trocadores de calor acaba sendo positivo, já que eleva os valores do Fator de Desempenho Térmico, como foi observado comparando os Casos C e D. Visto as modificações que as estruturas coerentes provocam no escoamento em canais compostos, esse importante fenômeno deve ser levando em consideração nas realizações de projetos e também nas análises de segurança de equipamentos que possuem fendas devido à suas configurações geométricas, já que seu surgimento promove uma melhoria no processo de transferência de calor, assim como também elevam os valores dos coeficientes de atrito.
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