Análise da transferência de calor por convecção mista utilizando o método de elementos finitos com a técnica de Petrov-Galerkin.

Abstract

Neste trabalho é apresentado um estudo numérico do escoamento laminar para convecção mista, empregando-se o Método de Elementos Finitos (MEF) utilizando elementos quadrilaterais com quatro nós, com as perturbações de Petrov−Galerkin nos termos convectivos, o método da penalidade nos termos de pressão e o esquema semi-implícito de Euler para avanço no tempo. Consideram-se escoamentos incompressíveis, bidimensionais e não-permanentes, sendo que os resultados são mostrados para o regime permanente em grande parte do trabalho. A formulação que governa os fenômenos físicos dos problemas baseia-se nas equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia. Foram realizadas comparações para a validação do código computacional e também um estudo do refinamento de malha. Quatro validações experimentais e numéricas são realizadas. Estudou se a independência da malha e verificação da convergência dos resultados para todos os casos. Finalmente, para os campos de velocidades, temperaturas e números de Nusselt local e médio, são apresentados resultados para canal com degrau na entrada, canal curvo, canal inclinado com fontes discretas de calor e cavidade com um ou dois cilindros internos rotativos. Verifica-se que a transferência de calor é fortemente influenciada por: i) no caso de canal com degrau e canal curvo, pelas células de recirculação, separação e recolamento; ii) para o canal com fontes discretas, pelo número de fontes, distância entre as fontes e a inclinação do canal; iii) para cavidade com cilindro interno rotativo pelo sentido e velocidade de rotação.