Design construtal aplicado a um canal com aletas submetido a convecção forçada

Abstract

O propósito deste trabalho é apresentar um estudo numérico de um canal bidimensional com duas aletas retangulares submetido a um escoamento no regime laminar com transferência de calor por convecção forçada avaliando a geometria das aletas através do método Design Construtal. Os objetivos principais são maximizar a taxa de transferência de calore ao mesmo tempo minimizar a diferença de pressões entre a entrada e saída do canal para diferentes dimensões das duas aletas do canal, considerando os mesmos números de Reynolds (ReH= 100) e Prandtl (Pr = 0,71). O problema é submetido a três restrições dadas pelas áreas do canal, aletas e área máxima de ocupação de cada aleta.O sistema ainda possui três graus de liberdade dados pela razão entre altura e comprimento do canal, que é mantida fixa H/L = 0,0625, a razão entre altura e comprimento da aleta frontal (H3/L3) situada na superfície inferior do canal e a razão entre altura e comprimento da aleta posterior (H4/L4) localizada na superfície superior do canal. Os dois últimos graus de liberdade foram variados neste estudo. Para a abordagem numérica do problema, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia são resolvidas com o método dos volumes finitos (MVF). Os resultados mostraram que uma razão de H4/L4 igual a 3,0 é a que melhor atende ao multi-objetivo proposto.Também foi observado que razões de H4/L4 mais próximas de 0,25 tem melhor desempenho fluido dinâmico,sendo a razão entre o melhor e o pior caso fluidodinâmico igual a 28,79,enquanto que razões de H4/L4 próximas à 4.0 tem melhor desempenho térmico, com desempenho 60,62% superior comparado ao pior caso.