PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
PT EN
PhD Thesis 2018

Geração de malhas para geometrias complexas e problemas conjugados de transferência de calor em coletores solares híbridos aletados

Author

Kevin Eduardo de Conde

Advisor

  • Advisor Ezio Castejon Garcia

Concentration Area

Propulsão Aeroespacial e Energia

Defense Date

07/12/2018

Thesis Number

75478

Abstract

Um método de geração de malhas para aplicações a geometrias complexas no contexto dos chamados métodos estruturados é desenvolvido. A elaboração é motivada por um problema de interesse mais amplo: a solução computacional do problema acoplado da condução, convecção e radiação em coletores solares híbridos aletados. O método de geração de malhas desenvolvido dispõe-se em duas partes. A primeira é desenvolvida para discretização das regiões ocupadas pelos fluidos e regiões sólidas dos paineis. Trata-se de um método de geração de malhas adaptativas aos contornos, obtidas pela solução de equações diferenciais parciais quase-lineares, elípticas, não-homogêneas. As malhas são geradas numa estrutura de blocos, endereçando o mapeamento correspondente à construção de um sistema de coordenadas adaptável a contornos com geometria e distribuição das linhas coordenadas ao longo dos contornos prescrita. Os termos forçantes das equações são concebidos de forma a obterem-se malhas aproximadamente ortogonais aos contornos e a permitirem controle do espaçamento de malha pelo usuário, dando origem a um método flexível, em que o analista se beneficia de informações da aplicação de interesse para produzir malhas otimizadas. O tempo gasto pelo usuário configura a maior desvantagem. O método é testado com um caso benchmark, e as malhas geradas para as aplicações de interesse são também apresentadas; os resultados são avaliados segundo critérios acadêmicos padronizados, indicando que o método é eficiente e confiável e, como tal, uma ferramenta interessante para aplicações a geometrias complexas. A técnica resultante provou também ser uma interessante alternativa para lidar com problemas típicos de geradores de malha elípticos, como a tendência espalhamento de malha em regiões convexas. A segunda parte constitui-se de um método de discretização das superfícies otimizado para utilização com a técnica de traçamento de raios desenvolvida para a análise do problema térmico-radiativo. O método discretiza as superfícies em elementos triangulares, fornecendo mais resolução ao traçador de raios, bem como prevê a imposição de condições de contorno periódicas, característica importante para o tratamento das condições de contorno do traçador de raios. A técnica do traçador de raios com método Monte Carlo é também apresentada. Todo o desenvolvimento é feito com base em ferramentas do cálculo vetorial, o que, atrelado ao método de discretização das superfícies desenvolvido, lhe confere robustez e grande flexibilidade, possibilitando o tratamento de diferentes geometrias.

Keywords

Malhas adaptativas Traçado de raios Método de Monte Carlo Transferência de calor Coletores solares Física