Análise numérica da convecção natural em cavidade quadrada com corpos internos, utilizando o método de elementos finitos.

Abstract

Apresenta-se um estudo numérico da transferência de calor por convecção natural de um fluido (ar) em cavidade quadrada, com dois corpos em seu interior. Este assunto é de grande interesse na área de engenharia, principalmente em aplicações de desenvolvimento de trocadores de calor e sistemas de resfriamento ou aquecimento de corpos envolvendo convecção natural. Foram estudados quatro casos. No caso 1, os corpos internos são quadrados, sendo um mantido na temperatura alta constante Th e outro mantido na temperatura baixa constante Tc, com as paredes da cavidade isoladas. O caso 2 é semelhante ao caso 1, porém, os corpos são circulares. Para o estudo dos casos 3 e 4, os corpos internos são sólidos com condutividade térmica Ks e transferem calor por condução sendo, corpos quadrados para o caso 3 e corpos circulares para o caso 4. Ambos os casos possuem a superfície inferior da cavidade mantida na temperatura alta constante Th e a superfície superior mantida na temperatura baixa constante Tc, enquanto que, as superfícies laterais são isoladas. Utiliza-se o método de elementos finitos para a solução das equações de conservação. São determinadas as distribuições da função corrente, temperatura adimensional e vorticidade bem como o número de Nusselt médio em função dos parâmetros número de Grashof, na faixa de 2x10⁴ a 10⁵, número de Prandtl fixado em 0,733 e razão de difusividades, na faixa de 0,1 a 100.