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Título: Simulação numérica da convecção natural em cavidade porosa bi-dispersa aquecida por baixo
Autor(es): Lima, Guilherme Hanauer de
Orientador(es): Junqueira, Silvio Luiz de Mello
Palavras-chave: Calor - Transmissão
Meios de transferência de calor
Calor - Convecção natural
Métodos de simulação
Heat - Transmission
Heat-transfer media
Heat - Convection, Natural
Simulation methods
Data do documento: 23-Abr-2013
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: LIMA, Guilherme Hanauer de. Simulação numérica da convecção natural em cavidade porosa bi-dispersa aquecida por baixo. 2013. 74 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013.
Resumo: Neste trabalho é investigado o fenômeno de transporte através da transferência de calor por convecção natural em uma cavidade quadrada bi-dispersa aquecida por baixo. A cavidade é representada por blocos porosos, quadrados, desconectados e uniformemente distribuídos. A simulação numérica do meio bi-disperso é feita através da solução das equações de balanço de massa, quantidade de movimento e energia para a fase fluida (Navier-Stokes) e para a fase porosa dos blocos (Darcy- Brinkman-Forchheimer). O algoritmo utilizado para o acoplamento pressão-velocidade é o SIMPLEC e o esquema de interpolação para os termos convectivos é o QUICK. Resultados são apresentados para a variação do número de Rayleigh ( Ra  105 - 10 7 ), do número de Darcy ( Da  104 - 108 ), da porosidade dos blocos (I  0, 4 - 0, 6 ) e do número de blocos ( N  1; 4;16;36; 64 ). A transferência de calor através do meio é avaliada quantitativamente pelo número de Nusselt na superfície inferior da cavidade, e qualitativamente pelas isotermas e linhas de corrente. Com o aumento do número de Rayleigh, observa-se a intensificação da recirculação de fluido na cavidade e, consequentemente, o aumento da transferência de calor. Da mesma forma, com o aumento do número de Darcy, verifica-se um aumento da permeabilidade interna dos blocos, reforçando a recirculação geral na cavidade. A variação da porosidade interna dos blocos apresenta pouca influência em relação aos demais parâmetros. De forma geral, o aumento do número de blocos reduz a permeabilidade externa da cavidade, intensificando a resistência ao escoamento do fluido, proporcionando a estratificação horizontal das isotermas. Para determinadas configurações ( Ra, Da, I , N ), a estratificação horizontal é caracterizada para o regime de condução pura.
Abstract: In this work it is investigated the transport phenomenon by heat transfer through natural convection in a bi-disperse square cavity heated from below. The cavity is represented by porous, square, disconnected blocks uniformly distributed. The numerical simulation of the bi-disperse medium is done by solving the balance equations of mass, momentum and energy for the fluid phase (Navier-Stokes) and for the porous phase of the blocks (Darcy-Brinkman-Forchheimer). The algorithm used for the pressure-velocity coupling is the SIMPLEC and the interpolation scheme for the convective terms is the QUICK. Results are presented for the variation of the Rayleigh number ( Ra  105 - 10 7 ), the Darcy number ( Da  104 - 108 ), the internal porosity of the blocks (I  0, 4 - 0, 6 ) and the number of blocks ( N  1; 4;16;36; 64 ). The heat transfer through the medium is evaluated quantitatively by the Nusselt number on the lower surface of the cavity, and qualitatively by the isothermals and streamlines. Raising the Rayleigh number, it is observed an intensification on the recirculation of fluid inside the cavity and, consequently, an increase on the heat transfer. Likewise, with an increase on the Darcy number, it is verified an increase on the internal permeability of the blocks, enhancing the whole recirculation inside the cavity. The variation on the internal porosity of the blocks presents low influence when compared to the other parameters. Generally, the increase on the number of blocks reduces the external permeability of the cavity, intensifying the resistance to the fluid flow, propitiating the horizontal stratification of the isothermals. For certain configurations ( Ra, Da, I , N ), the horizontal stratification is characterized for the regime of pure conduction.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6388
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