Modelagem numerica do escoamento e da transferencia de calor no interior do cilindro de um compressor alternativo

Abstract

Apresenta-se uma metodologia numérica, bem como testes e resultados obtidos na simulação do escoamento laminar e da transferência de calor no interior do cilindro de um compressor alternativo. O modelo resolve as equações da conservação da massa, da quantidade de movimento e da energia em um domínio bidimensional axissimétrico que contrai e expande acompanhando a variação de volume causada pelo movimento alternativo do pistão. As equações diferenciais governantes do problema de mecânica dos fluidos e de transferência de calor são discrezadas pelo método dos volumes finitos, fornecendo os campos de velocidade, pressão e temperatura no interior do cilindro. O desenvolvimento do modelo inicia-se com a análise sobre um cilindro adiabático sem entrada ou saida de massa pelas fronteiras do dominio, onde realiza-se comparações com um modelo termodinâmico. Estende-se tal análise prescrevendo temperatura nas superficies sólidas do modelo, analisando então a transferência de calor entre o gás e as paredes. Destaque é dado à diferença de fase encontrada entre o fluxo de calor e a diferença de temperatura entre o gás e as paredes. Explora-se neste trabalho expressões que permitam correlacionar o fluxo de calor com a diferença de temperatura, apresentando comparações entre o modelo numérico utilizado neste trabalho, modelo termodinâmico, e correlações empíricas freqüentemente utilizadas na modelação de compressores alternativos. Aproxima-se o modelo em questão com a realidade dos compressores, ao considerar-se a entrada e saída de massa no cilindro, promovida através de orificio e válvula centrados na tampa do cilindro.