Abstract
Este trabalho tem como propósito investigar através do método Design Construtal a influência geométrica de uma cavidade aletada em forma de ‘E’ inserida em um corpo sólido com geração interna de calor. O objetivo principal do estudo é a obtenção da geometria da cavidade que conduz a uma menor temperatura máxima no sistema. Também são obtidas configurações ótimas para diferentes frações de área entre o corpo condutor, cavidade e aleta. O sistema foi assumido como bidimensional e as condições de temperatura prescrita e convectiva foram consideradas nas paredes da cavidade e aleta. A solução numérica do problema foi obtida com a ferramenta PDETOOL, Partial Differential Equations Tool, do software MATLAB®, que resolve a equação da difusão do calor pelo método dos elementos finitos. O método Design Construtal mostrou-se adequado para a obtenção das configurações geométricas ótimas do sistema, uma vez que a temperatura máxima do corpo aquecido foi minimizada, tornando possível a obtenção de uma configuração que equilibrou a distribuição de temperaturas no sistema a favor da função objetivo, atendendo assim, aos princípios da Teoria Construtal. Além disso, constatou-se que os resultados otimizados apresentaram ganhos de performance de até 74% em relação aos casos de menor desempenho avaliados.
Highlights
Este trabalho tem como propósito investigar através do método Design Construtal a influência geométrica de uma cavidade aletada em forma de ‘E’ inserida em um corpo sólido com geração interna de calor
The purpose of this work is to investigate, through the Construtal Design method, the geometric effect of an E-finned cavity inserted in a solid body with internal heat generation
The numerical solution of the problem was obtained with the PDETOOL tool, Partial Differential Equations Tool, of MATLAB® software, which solves the heat diffusion equation by the finite element method
Summary
A transferência de calor é uma área de fundamental importância em diversos problemas de engenharia. Os conceitos da Teoria Construtal são aplicados através do método Design Construtal, onde se definem os objetivos, restrições e graus de liberdade dos sistemas, desse modo, dando liberdade para que eles modifiquem sua geometria, visando obter a configuração geométrica que melhor distribui suas imperfeições e, a partir disso, as resistências aos fluxos presentes no sistema são minimizadas [6, 7]. Biserni et al (2007) [2] e Lorenzini et al (2011) [3] estudaram, respectivamente, a influência da geometria de cavidades em forma de ‘H’ e ‘Y’ inseridas em sólidos condutores retangulares com geração interna de calor. O presente trabalho busca avaliar, através do método Design Construtal associado a busca exaustiva, a geometria de cavidades aletadas em forma de ‘E’ inseridas em corpos sólidos condutores de formato retangular, com geração de calor uniforme. A solução numérica foi obtida com a ferramenta PDETOOL do software MATLAB®, que resolve a equação da difusão do calor pelo método dos elementos finitos
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