Modelagem Computacional da Convecção Forçada Laminar em Dutos com Temperatura Variável no Contorno

Abstract

Dutos de seção transversal circular são comumente utilizados na indústria, no entanto, dutos de seção não circular vêm sendo cada vez mais pesquisados e utilizados, tanto no âmbito acadêmico quanto industrial. Como não há muitos estudos relacionados a influência da convecção forçada com temperatura variável no contorno das paredes de dutos. Neste projeto busca-se desenvolver um modelo computacional para análise da convecção forçada laminar em dutos de seção transversal circular e retangular, com temperatura variável prescrita no contorno das paredes do duto. As equações governantes utilizadas para obter o campo de velocidades e temperatura foram as equações da conservação de massa, quantidade de movimento e energia. Para isto, adotou-se as seguintes considerações: escoamento em regime laminar com perfil térmico e hidrodinamicamente desenvolvido, escoamento incompressível e propriedades constantes. Cabe ressaltar, que para obtenção do campo de temperatura do escoamento na seção transversal do duto em função das temperaturas prescritas no contorno, utilizou-se a metodologia da equação da energia adimensionalisada. Para resolver as equações diferencias empregou-se o Método de Diferenças Finitas (MDF). O modelo calcula em primeira instância o campo de velocidade, em seguida é resolvida a equação da energia, obtendo-se assim, o campo de temperatura do fluido para uma dada distribuição imposta no contorno, não necessariamente uniforme. Os resultados obtidos para o campo de velocidades e temperatura, assim como, os dois parâmetros importantes, desde o ponto de vista da engenharia: fator de atrito e o número de Nusselt foram comparados e validados com os resultados existentes publicados em literatura.