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KRENZINGER, Arno; Savicki, Darci; Vielmo, Horácio. Uso de soluções numéricas como ferramenta didática no estudo da dinâmica de reservatórios térmicos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENERGIA SOLAR, 2007, Fortaleza. Anais... Fortaleza: ABENS, 2007.
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Resumo

Neste trabalho apresenta-se um estudo do comportamento térmico e hidrodinâmico de reservatórios térmicos conectados a coletores solares via simulação numérica tridimensional. O código computacional utilizado resolve as equações do movimento e da energia na forma transiente real, o que possibilita descrever a evolução temporal dos campos de temperatura e velocidade no interior do reservatório. Para fins de simulação, foi considerado um reservatório térmico cilíndrico horizontal e estudadas situações típicas que ocorrem em sistemas de aquecimento de água via energia solar: 1) Ingresso de água quente pela parte superior e saída de água fria pelo fundo do reservatório. 2) Ingresso de água fria pela parte inferior do reservatório e saída de água quente pela parte superior. 3) Ingresso de água pela parte superior do reservatório numa temperatura inferior à existente no seu interior naquela altura. Cada caso resulta em um perfil de temperatura típico, cujo processo de formação pode ser acompanhado de forma transiente através de animações geradas a partir da solução numérica. Os problemas de difusão e advecção do calor aqui considerados aparecem com freqüência em diversas disciplinas das áreas de energia solar e fenômenos de transporte, dentre outras. As animações geradas neste trabalho serão disponibilizadas em site na internet, para que professores e alunos possam utilizá-las como ferramenta didática no estudo de problemas advectivos-difusivos de transferência de calor.

Abstract

In this work, a study of thermal and hydrodynamic behavior of reservoirs connected with solar collectors is presented through a numerical three-dimensional simulation. The computational code solves the transient equations of the momentum and energy, making possible to describe the evolution of the temperature and velocity fields inside of the reservoir. It was studied typical situations that occur in solar energy water heating systems: 1) Inlet hot water on the top of the reservoir and outlet cold water on the bottom. 2) Inlet cold water on the bottom of the reservoir and outlet hot water on the top. 3) Inlet water on the top, colder than that existing originally in that height. Each case brings a different temperature profile, which formation process can be visualized by a transient animation. This kind of problem appears frequently in several disciplines of solar energy area and transport phenomena, between others. The animations generated in this work will be published on internet site, so that teachers and students can use them as didactic tool in the study of convective heat transfer problems.
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