Análise térmica de um trocador de calor tipo casco e tubos pela dinâmica dos fluidos computacional

Abstract

Neste trabalho, um trocador de calor do tipo casco e tubos, com quatro passes nos tubos e um passe no casco, foi analisado por meio de simulações computacionais. O escoamento de ambos os fluidos foi considerado monofásico, incompressível e turbulento. Os efeitos térmicos e fluidodinâmicos foram analisados em quatro configurações: sem chicanas, com uma chicana, duas chicanas e quatro chicanas igualmente espaçadas. Adotou-se a técnica de resolução de escala turbulenta RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) em conjunto com o modelo turbulento (k-epsilon). As equações de momento e conservação de massa foram aproximadas pelo algoritmo SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations). O software de código aberto OpenFOAM (Open-source Field Operation and Manipulation) permitiu a configuração e execução das simulações. Os resultados obtidos incluem a distribuição de temperatura, pressão, velocidade e taxa de transferência de calor, possibilitando a comparação da efetividade de cada caso. Verificou-se um aumento de 11,05% na efetividade ao comparar o trocador sem chicanas com aquele contendo quatro chicanas.