Avaliação de Modelos de Turbulência em Cavidades Térmicas

A convecção natural em cavidades térmicas fechadas vem ganhando destaque por ser comumente encontrada em projetos de painéis solares, chips de equipamentos eletrônicos e conforto térmico. Esse mecanismo é modelado através de um conjunto de equações diferenciais parciais que, sem simplificações, não possuem solução analítica direta. Por conta da não linearidade dessas equações, ferramentas computacionais tais como CFD (Computational Fluid Dynamic) podem então ser utilizadas para fornecer soluções numéricas que permitam quantificar grandezas importantes para problemas de engenharia, como taxas e fluxos. Nesse trabalho foi investigado através da Fluidodinâmica Computacional o fenômeno da convecção natural dentro de uma cavidade térmica fechada para = 107 , com duas faces adjacentes mantidas a uma temperatura maior que as duas faces adjacentes opostas e, as faces laterais adiabáticas. O programa de código aberto OpenFOAM foi utilizado e dois solvers foram inicialmente testados: o buoyantBoussinesqPimpleFoam e buoyantPimpleFoam. O primeiro mostrou-se mais adequado e diferentes modelos de turbulência foram então avaliados: o modelo de uma equação Spalart-Allmaras, os modelos LRN de viscosidade turbulenta linear SST − , − de Launder e Sharma e 2, o modelo LRN de viscosidade turbulenta não linear (cúbico) de Lien et al (1996) e os modelos dos Tensores de Reynolds LRR e SSG. Os resultados foram comparados com dados de DNS. O modelo 2 foi o que apresentou vii perfis de temperatura mais próximos ao de DNS, seguido dos modelos Launder e Sharma, Lien cúbico, LRR e SSG. Perfis de velocidade também foram discutidos e mostrou-se que há um fraco acoplamento entre as equações do movimento e energia, tal que o empuxo é predominantemente responsável pela movimentação do fluido. De modo geral, as simulações CFD subestimaram o coeficiente de transferência de calor em torno de 12%, o que pode ser considerado razoável dado o menor custo computacional e demais simplificações envolvidas