Aplicação da técnica de elementos finitos na estratificação de armazenadores térmicos com barreiras de meios porosos

Abstract

É desenvolvido um modelo matemático para estudar o comportamento da estratificação térmica de líquido em um tanque armazenador com meio poroso. O tanque considerado é de geometria retangular com relação comprimento-altura igual a 1. O modelo utiliza a formulação transiente de vorticidade e função corrente para predizer o desenvolvimento dos campos de função corrente e temperaturas durante um processo de carregamento. Foi fixado um número de Reynolds igual a 200 para o escoamento de entrada e uma faixa do número de Richardson de 0,001 a 10. Outros parâmetros considerados incluem o número de Biot (perda de calor pelas paredes do tanque), o número de Darcy (permeabilidade do meio poroso), a posição e a espessura do meio poroso. Os resultados mostram a influência desses parâmetros físicos que devem ser considerados para um bom projeto de tanques armazenadores com estratificação térmica.

A mathematical model is developed to study the behaviour of thermal stratification of liquid in a typical storage tank with porous medium. The tank considered has rectangular geometry with lenght-to-height ratio equal of 1. The model employs a transient stream function-vorticity formulation to predict the development of stream function and temperature fields in a charging process. The Reynolds number of the inlet flow is fixed at 200 and a range of the Richardson number from 0,001 to 10. Other parameters considered include the Biot number (heat loss from tank walls), the Darcy number (permeability of the porous medium), the position and the thickness of the porous medium. The results show the influence of these physic parameters that should be considered for a good design of storage tanks with thermal stratification.