Abstract:
Na presente pesquisa, inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica dos temas que circundam a Teoria Constructal e Constructal Design, e também suas aplicações na natureza e na engenharia. Posteriormente, foi feito o estudo do estado da arte sobre a otimização em cavidades. O Projeto Constructal (do inglês Constructal Design) foi o método utilizado na presente dissertação. Este método possibilita o encontro da geometria ideal, ou seja, aquela que minimiza a resistência ao fluxo que aqui é o calor. Para este estudo, o método Constructal Design foi utilizado para obter a geometria ótima quanto à transferência de calor, de um conjunto complexo de cavidades, isto é, Conjunto na forma TY com cavidades laterais adicionais. Para a solução numérica da equação diferencial da difusão do calor e suas respectivas condições de contorno, foi utilizado o software MATLAB ®, especificamente a ferramenta PDETOOL. O objetivo deste trabalho consistiu na minimização da resistência térmica do sistema de cavidades quando a geometria deste é sujeita às seguintes constantes: o volume total, o volume da cavidade TY e o volume das cavidades laterais adicionais. A resistência térmica foi minimizada, primeiramente, para a geometria denominada de Design 1 e posteriormente para o Design 2. A geometria ótima que foi obtida com o Design 2 (para os mesmos graus de liberdade, as mesmas restrições físicas e função objetivo utilizadas para o Design 1) apresentou uma resistência térmica adimensional aproximadamente 17% menor do que a geometria ótima obtida com o Design 1. Então, para a geometria Design 2, que apresentou melhor performance, foi ampliada a análise dos graus de liberdade. A melhor geometria Design 1 é cerca de 15.3% mais eficiente que a melhor geometria obtida por Lorenzini e Rocha (2009). Já a melhor geometria do Design 2 é cerca de 140% superior a performance da melhor geometria encontrada por Lorenzini e Rocha (2009). As simulações feitas para
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traçar este comparativo entre os estudos se valeram das mesmas condições térmicas e geométricas para cada caso.
In the present study, was initially conducted a literature review of the issues that surround the theory Constructal and Constructal Design, and also its applications in nature and engineering. Subsequently, was made the study of the state of the art about the optimization in cavities. The Project Constructal was the method used in this dissertation. This method enables the gathering of the ideal geometry, ie, which minimizes the resistance to flow, that here is heat. For this study, the Constructal Design method was used to obtain the optimal geometry on the transfer of heat, from a complex set of cavities, ie, Set on a TY shape, with additional side cavities. For the numerical solution of the differential equation of heat diffusion and their boundary conditions, was used the MATLAB ® software, specifically the tool PDETOOL. The objective of this study was to minimize the thermal resistance of the system of cavities, when its geometry is subject to the following constants: the total volume, the TY cavity volume and additional side cavity volume. The thermal resistance was minimized, firstly, for the geometry named of a Design 1 and, subsequently, to the Design 2. The optimal geometry obtained at the Design 2 (for the same degrees of freedom, the same physical constraints and objective-function used to Design 1 ) presented a dimensionless thermal resistance approximately 17% lower than the optimal geometry obtained with a Design 1. So, for the geometry Design 2, which showed better performance, was expanded the analysis of degrees of freedom. The best Design 1 geometry is a nearly 15.3% more efficient than the best the geometry obtained by Lorenzini and Rocha (2009). Already the best geometry of Design 2 is about 140% higher than the performance of the best geometry found by Lorenzini and Rocha (2009). The simulations made to draw this comparison between the studies took advantage of the same geometric and thermal conditions for each case.
