Estudo da separação térmica em tubo de vórtice

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Tipo
TCC
Data
2019-06
Autores
Michelan, Danilo Pagamisse
Boccia, Jayme Berdague
Cascelli, Luis Antonio Matile
Orientador
Angelo, Edvaldo
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Resumo
O artigo apresenta um estudo de um dispositivo denominado tubo de Ranque-Hilsch, também conhecido por tubo de vórtice. Ele é um aparelho simples, sem partes móveis ou eletrônicas que a partir da injeção tangencial ao tubo de ar comprimido em temperatura ambiente são gerados vórtices que provocam duas correntes em direções opostas;umaquente que deixa o tubo por uma saída anelar e outra fria que emerge por um orifício.Foi feito um levantamento bibliográfico dos estudos já realizados sobre o tema e a partir desse estudo um modelo de geometria foi definida para a construção de modelo tridimensional com posterior análise numérica, a fim de se obter parâmetros de operação.As simulações numéricas foram realizadas através do software comercial - Ansys CFX®, onde o método dos volumes finitos foi utilizado para resolução das equações de conservação.Foram testados 6 tubos com dimensões diferentes. Os resultados mostram que o tubo que possui a relação entre o comprimento (L) e o diâmetro interno (D) igual a 18 (L/D = 18) apresenta maior separação térmica. Nas condições estudadas, o maior resfriamento do ar foi de 20°C com aumento de 43°C na saída de ar quente. Foi capturada com sucesso a formação de vórtices no interior do tubo. Foram observados escoamentos contrários no interior do tubo, um na região central em direção à saída fria e outro na periferia do tubo em direção à saída quente. O perfil de pressão mostrou forte expansão na região da saída fria.
The article presents a study of a device called Ranque-Hilsch tube, also known as a vortex tube. It is a simple apparatus without moving or electronic parts that from the tangential injection to the tube of compressed air at ambient temperature are generated vortices that cause two currents in opposite directions, one that leaves the tube through an annular outlet and a cold one that emerges by an orifice. A bibliographical survey of the studies already carried out on the subject and from that study a geometry model was defined for the construction of a three-dimensional model with subsequent numerical analysis, in order to obtain parameters of operation. Numerical simulations were performed using commercial software - Ansys CFX®, where the finite volume method was used to solve conservation equations. Six tubes with different dimensions were tested. The results show that the tube having the relationship between the length (L) and the internal diameter (D) equal to 18 (L / D = 18) shows a higher thermal separation. Under the conditions studied, the highest air cooling was 20 ° C with an increase of 43 ° C in the hot air outlet. The formation of vortices inside the tube was successfully captured. Opposite flows were observed inside the tube, one in the central region toward the cold outlet and another at the periphery of the tube toward the hot outlet. The pressure profile showed strong expansion in the cold exit region.
Descrição
Palavras-chave
tubo de vórtice , simulação computacional , separação térmica , vortex tube , computational simulation , thermal separation
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