Estudo numérico da convecção natural em um banco de tubos elípticos verticais
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Date
2023-10-11Primeiro membro da banca
Barreto, Eduardo Xavier
Segundo membro da banca
Zancanaro Júnior, Flavio Vanderlei
Metadata
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O fenômeno da convecção natural em tubos elípticos está presente em diversas aplicações
da engenharia. Os transformadores elétricos de potência são exemplos de equipamentos
que utilizam um conjunto banco de tubos elípticos que formam radiadores com a finalidade
de dissipar o calor gerado nesta máquina elétrica. Devido à grande importância dos
transformadores para o setor elétrico e seu alto custo, torna-se imprescindível a análise
da performance térmica destas máquinas. No entanto, os testes experimentais podem
demandar uma grande quantidade de recursos físicos, humanos e de tempo. Com este
cenário, as simulações CFD tornam-se uma grande aliada para a investigação da transferência
de calor nos radiadores dos transformadores. A literatura cientifica atual não disponibiliza
estudos numéricos específicos em um banco de tubos elípticos verticais similar
ao empregado nos radiadores dos transformadores. Diante desta lacuna, esta pesquisa
propõe a realização de um estudo numérico em um modelo computacional representativo
do radiador de tubos elípticos, com o objetivo de obter correlações numéricas que relacionem
o número de Nusselt médio com o número de Rayleigh e o distanciamento entre os
tubos. O estudo numérico do problema físico acima é abordado pelo método dos volumes
finitos. Para tal, as ferramentas do pacote comercial Ansys® R2021 são empregadas tanto
no pré-processamento, quanto para resolver as equações governantes e avaliar a transferência
de calor dos tubos elípticos para o ar ambiente. O modelo CFD consiste em um
banco de tubos elípticos verticais imersos em um volume de ar quiescente. As superfícies
dos tubos elípticos são definidas como paredes submetidas a temperatura constante. A
transferência do calor da parede dos tubos para o ar foi tratada como um problema tridimensional
em regime permanente. O ar foi assumido como gás ideal incompressível em
escoamento laminar. São computados os valores do número de Nusselt médio dos tubos
elípticos para diferentes valores de temperatura ambiente e nas diferentes configurações
de distanciamento entre os tubos. Com os resultados das diversas simulações realizadas,
são propostas correlações numéricas para o número de Nusselt, as quais poderão servir
de guia para estudos numéricos dos transformadores bem como para otimização dos radiadores
de tubos elípticos.
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