ANÁLISE TEÓRICA DAS DIFUSIVIDADES TURBULENTAS NUM TROCADOR DE CALOR DE TUBO DUPLO / THEORETICAL ANALYSIS OF TURBULENT DIFUSIVITIES IN A CONCENTRIC TUBE HEAT EXCHANGER
AUTOR(ES)
SULEMAN MUFTAH ABU-AS
FONTE
IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia
DATA DE PUBLICAÇÃO
08/01/1997
RESUMO
A motivação principal do presente trabalho é analisar numericamente o desempenho de um trocador de calor de tubo duplo, sem impor condições de contorno artificiais na superfície de troca de calor e considerando a possibilidade de cada um dos escoamentos ser laminar ou turbulento. As condições de contorno utilizadas são apenas as compatibilidades de temperatura e fluxo térmico, isto é, condições de contorno naturais. Considera-se, para ambos os fluidos, escoamento incompressível desenvolvido hidrodinamicamente e se desenvolvendo termicamente. Os perfis de velocidades e de difusidades turbulentas a quantidade de movimento e do calor para ambos os escoamentos no tubo e no espaço anular são determinados por um método inverso (semi-analítico), baseado na utilização de dados globais sobre o coeficiente de atrito e o número de Nusselt. O objetivo a ser alcançado na elaboração de um método específico para o problema aqui abordado é a obtenção de formas analíticas fechadas para os perfis desejados, as quais sejam continuas em todo domínio de cálculo. Também é desejável que as equações referentes a um dado escoamento turbulento englobem o escoamento laminar como um caso particular. Os resultados obtidos podem ser classificados em duas categorias diferentes (i) resultados semi-analíticos referentes às difusividades turbulentas em ambos os escoamentos e (ii) resultados da análise numérica de trocador de calor, considerando tanto escoamentos de mesmo sentido (correntes paralelas) quanto de sentidos opostos (contra corrente). Quanto ao trocador de calor, os principais resultados são os referentes aos coeficientes convectivos locais de transferência de calor, com base no cálculo das temperaturas médias de mistura, aos valores locais do coeficiente global de transferência de calor, aos valores médios de todos os coeficientes e, finalmente, ao número de unidades de transferência e à efetividade do trocador de calor. É feita uma ampla variação dos parâmetros relevantes, tais como parâmetros geométricos, números de Reynolds e Prandtl de ambos os escoamentos e a razão das taxas de capacidade térmica. A grande quantidade de informações sobre o presente problema, que é encontrada na literatura permite, por comparação, não apenas a validação do método empregado, como também a verificação da exatidão dos resultados. As equações diferenciais do problema e as condições de contorno pertinentes são resolvidas através de uma análise numérica acoplada para os dois escoamentos. Admite-se que as difusidades térmicas turbulentas independam da condição térmica de contorno na superfície de troca de calor. O método de volumes finitos é utilizado dentro de um procedimento numérico iterativo. O aumento do trabalho computacional devido à análise acoplada dos dois domínios de cálculo é compensado através da parte analítica previamente estabelecida, evitando-se o risco de descontinuidades e eliminando-se a necessidade de interpolações durante o refinamento da malha.
ASSUNTO(S)
trocadores de calor heat exchangers turbulencia turbulence
