Abstract
A radiação solar é uma fonte de energia renovável e sua energia térmica pode ser aproveitada através da utilização de trocadores de calor solo-ar (TCSA) em ambientes construídos, podendo ser uma alternativa para reduzir o consumo de energia elétrica. Estes dispositivos consistem em dutos enterrados no solo, onde ocorre o escoamento do ar ambiente. O ar é resfriado/aquecido pelo solo nos períodos quente/frio podendo ser utilizado para climatizar ambientes construídos. Para simular numericamente os comportamentos térmico e fluidodinâmico de um TCSA é necessário empregar alguma modelagem para turbulência. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo estudar diferentes modelos clássicos (RANS) para a abordagem numérica da turbulência: RSM (<em>Reynolds Stress Model</em>), <em>k-ε </em>padrão, <em>k-ω</em> padrão e <em>Spalart</em> <em>Allmaras</em> no estudo do princípio físico de funcionamento de um TCSA com um duto retilíneo, a fim de propor uma recomendação sobre os modelos mais adequados para esse tipo de aplicação. A modelagem computacional foi realizada através do software FLUENT que é baseado no método dos volumes finitos (MVF). Os resultados numéricos obtidos com os modelos RANS foram concordantes com os da literatura. Além disso, os modelos <em>Spalart Allmaras</em> e <em>k-ω </em>padrão<em> </em>conduziram a uma redução de aproximadamente 40% no tempo de processamento em comparação ao RSM, sendo os mesmos recomendados para esse tipo de aplicação em TCSA com dutos retos.
Highlights
A radiação solar é uma fonte de energia renovável e sua energia térmica pode ser aproveitada através da utilização de trocadores de calor solo-ar (TCSA) em ambientes construídos, podendo ser uma alternativa para reduzir o consumo de energia elétrica
Solar radiation is a source of renewable energy and its thermal energy can be exploited by using earth-air heat exchanger (EAHE) in built environments, could be an alternative to reduce electricity consumption
This work aims to study different turbulence modeling for approach of numerical approach of turbulence into URANS framework: REYNOLDS STRESS MODEL (RSM) (Reynolds Stress Model), k-ε standard, k-ω standard and Spalart Allmaras in the study of the main operational principle of an EAHE with a straight duct, in order to propose a recommendation about the most suitable models for this kind of application
Summary
Uma instalação de TCSA consiste em dutos enterrados no solo onde ocorre, com a utilização de ventiladores, o movimento forçado do ar exterior. No trabalho de [13] foi proposto um modelo numérico denominado Reduzido, que consistia em simular apenas uma parte do solo com o duto do TCSA inserido nesse domínio para obter os comportamentos térmico e fluido dinâmico de trocador de calor solo-ar. Não há um modelo de turbulência único recomendado para as diversas aplicações no campo da engenharia, bem como para a avaliação de trocadores de calor solo ar. O objetivo principal do presente trabalho é estudar os seguintes modelos de turbulência no âmbito da modelagem clássica (URANS): RSM, k-ε padrão, k-ω padrão e Spalart Allmaras, para a predição do comportamento térmico do princípio de funcionamento de um TCSA com um duto retilíneo, obtendo-se uma recomendação sobre os modelos mais indicados para o problema analisado. Com o intuito de reduzir o esforço computacional das simulações é empregado o modelo reduzido [1, 13]
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