Investigação experimental da convecção natural turbulenta em uma cavidade com paredes verticais a diferentes temperaturas e razão de aspecto 4

Abstract

A convecção natural em cavidades fechadas tem sido extensivamente investigada em função de sua importância em diversas aplicações tecnológicas, tais como resfriamento de componentes eletrônicos, isolamento de reatores nucleares, conforto térmico em edificações e compartimentos de refrigeradores domésticos. O presente trabalho consiste na investigação experimental da convecção natural turbulenta em uma cavidade paralelepípeda. A cavidade em estudo possui uma razão de aspecto altura/largura igual a quatro e base quadrada, com as paredes verticais mantidas em diferentes temperaturas, resultando em um número de Rayleigh igual a 1,14 x 1010. Medições de perfis de velocidade e tensões de Reynolds são realizadas via velocimetria laser Doppler (LDV) em diferentes seções da cavidade. O escoamento demonstrou ser restrito às regiões próximas das paredes verticais, com velocidades mais elevadas junto à parede quente. Um resultado inesperado foi obtido na região da parede fria, onde logo depois de uma fina camada de fluido que escoa para baixo, o escoamento se dá no sentido ascendente. Através de perfis da componente vertical de velocidade e da visualização via velocimetria por imagens de partículas (PIV), observou-se que isto é provavelmente causado por uma camada de fluido intrusiva que se move para cima. Campos instantâneos de velocidade obtidos pelas medições PIV também indicam a presença de vórtices que se movem ao longo de ambas as paredes verticais. <br>

Abstract : Turbulent natural convection in cavities has been extensively studied due to its importance in various technological applications, such as cooling of electronic components, insulation of nuclear reactors, thermal comfort in buildings and compartments of refrigerators. This master?s thesis reports an experimental investigation of turbulent natural convection in a parallelepiped cavity. The cavity has an aspect ratio height/width equal to four and a square base, with the vertical walls maintained at different temperatures, resulting in a Rayleigh number equal to 1.14 x 1010. Measurements of velocity and Reynolds stresses were carried out via laser Doppler velocimetry (LDV) in different sections of the cavity. The flow was found to be restricted within a very narrow region next to vertical walls, with higher levels of velocity next to the hot wall. Unexpectedly, fluid flow was seen to be upwards after a very thin layer of descending flow along the cold wall. With reference to profiles of vertical velocity component and flow images acquired through PIV, it was observed that this phenomenon is probably associated with a fluid intrusion traveling upwards. PIV measurements also indicate the presence of vortices moving along both vertical walls.