Constructal design de caminhos condutivos não uniformes em forma de “T” para a refrigeração de corpos geradores de calor

Abstract

Este estudo numérico utiliza o método Constructal Design para reduzir os pontos quentes de um sistema com geração de calor uniforme por unidade de volume através da transferência de calor por condução. A ideia é facilitar o acesso do fluxo de calor através de uma via em forma de “T” empregando condutividades térmicas não uniformes para a base e topo do T. A função objetivo consiste em minimizar o excesso de temperatura máxima adimensional de todo o sistema (materiais de alta e de baixa condutividade térmica). A configuração do sistema pode variar sujeita à duas restrições: o volume total e o volume das vias de alta condutividade. Materiais de várias condutividades e frações de áreas são estudados. Os resultados mostram a aplicabilidade do Constructal Design para a melhoria do desempenho térmico do sistema. Para o valor de condutividade térmica elevada a melhor geometria tende para uma forma de I (isto é, a parte superior, tende a diminuir, tornando-se semelhante à base). A otimização de um grau de liberdade reduziu em 18% o excesso de temperatura da melhor configuração quando ela é comparada com a pior configuração.