MODELAGEM DE TROCADORES DE CALOR DE TUBOS ELÍPTICOS ALETADOS EM REGIME TURBULENTO

O presente trabalho apresenta o estudo numérico de otimização geométrica para maximizar a taxa de transferência total de calor entre o arranjo de tubos aletados para um determinado volume e um determinado escoamento externo turbulento tridimensional (3-D) governado por diferença de pressão, ∆p, ambos para arranjos de tubos circulares e elípticos, para configurações gerais. Os resultados numéricos foram obtidos para configurações circulares e elípticas utilizando um domínio computacional representado pela célula unitária, aproveitando as simetrias presentes na geometria do sistema. A distribuição dos tubos no arranjo começou com uma configuração triangular equilateral que preencheu uniformemente o volume fixo resultando em um espaçamento entre tubos adimensional máximo, S/b, onde, S é o espaçamento real e b é o semi-eixo menor da elipse. Várias configurações de espaçamento entre tubos foram simuladas, identificando-se assim o espaçamento ótimo para a máxima transferência de calor. Semelhantemente, foi possível investigar a existência dos ótimos com respeito a outros dois graus de liberdade geométricos, isto é, a excentricidade dos tubos e densidade de aletas. Os resultados são apresentados para o ar como o fluido externo, com pressão prescrita de ∆p = 1000 Pa que resulta em uma faixa de 1240 ≤ ReD ≤ 28180, onde 2b é o eixo menor do tubo de seção elíptica. Os resultados numéricos foram validados utilizando estudos da literatura para escoamentos em tubos e feixes de tubos em regime laminar e turbulento.