Análise Numérica da Transferência de Calor por Convecςão Forςada de um Aquecedor 3D Protuberante em um Canal Retangular Horizontal com Escoamento Laminar de um Fluido Dielétrico

Abstract

A transferência de calor por convecção forçada de um aquecedor 3D protuberante montando na placa inferior de um canal retangular horizontal foi investigada numericamente através do software ANSYS/FluentTM 14.5. Uma taxa uniforme de geração de calor foi assumida no aquecedor protuberante e seu resfriamento ocorreu por meio de um escoamento laminar forçado de fluido dielétrico NovecTM 7500 com propriedades constantes sob condições de regime permanente. Na entrada do canal, os perfis de velocidade e de temperatura eram uniformes. As equações de conservação com suas condições de contorno foram resolvidas numericamente, dentro de um único domínio através de um procedimento acoplado, utilizando o Método dos Volumes de Controle (ou Método dos Volumes Finitos). O algoritmo SIMPLE foi utilizado para tratar do acoplamento pressão-velocidade. A discretização dos termos difusivo-convectivos foi realizada por meio do esquema Upwind de Segunda Ordem. Devido às não-linearidades na equação do momentum, as componentes de velocidade e a correção da pressão foram sub-relaxadas para prevenir instabilidade e divergência. Após um estudo de refinamento de grade computacional, os resultados numéricos foram obtidos com uma grade 3D não-uniforme contendo aproximadamente 200.000 volumes de controle. Esta grade computacional foi mais concentrada nas regiões próximas às interfaces sólido-fluido devido aos maiores gradientes das variáveis primitivas nestas regiões. Os resultados foram obtidos para números de Reynolds na faixa de 100 a 300, correspondendo a velocidades médias de entrada do fluido de resfriamento no canal de 0,01 m/s a 0,03 m/s. Os parâmetros térmicos de interesse, tais como: distribuição de temperatura ao longo do canal, temperatura média do aquecedor e números de Nusselt adiabáticos local e médio, foram determinados e comparados, quando possível, com os resultados disponíveis na literatura considerando o ar como fluido de resfriamento.