Design construtal de canais com secção transversal em forma de T considerando escoamentos laminares com convecção forçada sob a influência de diferentes números de Reynolds

Resumo

Este artigo aplica o Design Construtal para avaliar a geometria de um canal em forma de T submetido a um escoamento com convecção forçada com o objetivo de maximizar a taxa de transferência de calor. A temperatura das paredes do canal é mantida constante, superior à de entrada do escoamento forçado. O volume do canal em forma de T é uma constante do problema. Além disso, o sistema é submetido a três graus de liberdade: H1/L0 (razão entre a altura do ramo secundário e a largura do ramo principal), H0/L1 (razão entre a altura do ramo principal e a largura do ramo secundário) e H0/L0 (razão entre a altura do ramo principal e a largura do ramo principal). Para todos os casos é considerado um escoamento laminar, incompressível, permanente, com transferência de calor por convecção forçada. A avaliação geométrica é realizada para três números de Reynolds: ReL,c= 10, 100 e 1000. Assim, a influência desse parâmetro sobre a avaliação geométrica também é avaliada. Para todos os casos, considera-se um número de Prandtl constante (Pr = 0,71). As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia são resolvidas com o Método de Volumes Finitos (MVF). A melhor geometria conduziu a um desempenho 160% superior do que a pior geometria avaliada para um mesmo Número de Reynolds. Os estudos realizados permitiram mostrar a importância da aplicação do Design Construtal associado, neste trabalho, ao método de Busca Exaustiva, para a otimização geométrica de problemas de engenharia. Foi observado também que entre os casos estudados não há uma geometria ótima universal que conduza ao melhor desempenho térmico do problema estudado.