1193 / 2158
1193
Material
ρ
[kg m
-3
]
Cp
[J kg
-1
K
-1
]
k
[W m
-1
K
-1
]
Poliestireno
55
1200
0,06
Baquelite
300
1465
1,4
Madeira
510
1380
0,16
2.2 Modelo matemático
O modelo matemático utilizado no presente trabalho consiste da solução das equações de balanço
de massa, de quantidade de movimento e de energia (ANSYS, 2015), apresentadas nas Eq. 1 - 3,
respectivamente.
∂
∂
+ ∇( ∙ ⃗ ) = 0
(1)
∂ ∙V⃗
∂
+ ∇( ∙ ⃗ ∙ ⃗ ) = −∇ + ∇( ∙ ∇ ⃗ ) + ∙
(2)
∂( ∙ℎ)
∂
+ ∇( ∙ ⃗ ∙ ℎ) = ∇( ∙ ∇ )
(3)
onde
t
é o tempo [s],
⃗
é o vetor velocidade [m s
-1
],
p
é a pressão [Pa],
g
é a aceleração da gravidade
(9,81 m s
-2
),
T
é a temperatura [K] e
h
é a entalpia [J kg
-1
], calculada através da Eq. 4.
ℎ = ∫ d
(4)
onde
T
ref
é a temperatura de referência (298,15 K). O termo de flutuação da Equação 2 foi calculado
através da aproximação de Boussinesq (
= ( − ∙ ∆ )
), sendo
ρ
0
a massa específica da água
na
T
ref
(970,72 kg m
-3
).
2.3 Condições de contorno e controle de simulação
Como condições de contorno, foram considerados os parâmetros apresentados por Oliveski (2000)
e Oliveski; Krenzinger; Vielmo (2003). Para todos os casos, a temperatura externa é de 18,6 °C no
intervalo de tempo entre 0 e 15,25 h, 22,65 °C entre 15,25 e 25,25 h e 18,3 °C de 25,25 até 45 h,
sendo a temperatura inicial da água igual a 82,25 °C. As paredes externas são submetidas ao
processo de transferência de calor por convecção, utilizando-se
h
(coeficiente de transferência de
calor) igual a 10 W m
-2
K
- 1
. A pressão foi considerada igual a 101,325 kPa.
Os métodos de resoluções das equações consistem do SIMPLE para o acoplamento pressão-
velocidade, PRESTO para a correção de pressão e Power Law para as resoluções das equações
da conservação da energia e de quantidade de movimento. Os coeficientes de relaxamento
adotados foram de 0,25 para a pressão, 0,8 para a massa específica, 0,6 para quantidade de
movimento e 0,9 para a energia. Os critérios de convergência empregados em todas simulações
foram de 10
-8
para a energia e 10
-5
para as equações de conservação da massa e da velocidade.
2.4 Análise de independência de malha espacial e temporal
Para todas as simulações realizadas, foram considerados os domínios computacionais sendo
estruturas bidimensionais axissimétricas à um eixo vertical no centro reservatório. Nos detalhes da
Figura 2 é possível observar que a malha computacional utilizada nas simulações engloba também