Resumo

O  presente  trabalho  explorou  a  modelagem  e  a  an´alise  dos  aspectos  fundamentais relacionados a` dinˆamica do escoamento e ao problema da transferˆencia de calor entre um fluido de trabalho e a matriz de um trocador de calor regenerativo. Regeneradores sao uma classe de sistemas de estocagem de energia t´ermica que operam em regime transiente, facilitando a transferˆencia de calor de um fluido quente para outro fluido frio atrav´es da reten¸cao tempor´aria de energia t´ermica em matrizes de alta capacidade t´ermica.  Trata-se de  um  grupo  tecnol´ogico  atrativo  e  que  constitui  a  parte  mais  importante  de  sistemas t´ermicos  que  operam  com  base  em  ciclos  regenerativos,  especialmente  o  ciclo  de  refri- gera¸cao  magn´etica.   Primeiramente,  um  modelo  simplificado  foi  adotado  no  sentido  de se investigar o comportamento dos parametros de similaridade que caracterizam a trans- ferˆencia de calor entre um cilindro solido e um escoamento transversal perio´dico - o pro- blema fundamental.  A frequ¨ˆencia do escoamento que viabiliza a troca termica o´tima pode ser determinada para cada coeficiente de transferˆencia de calor convectivo correspondente, atrav´es  de  uma  correla¸c˜ao  num´erica  escrita  em  termos  dos  grupos  adimensionais  Biot  e Fourier.  Na sequencia, foi estudado um regenerador de placas planas paralelas atrav´es de um modelo mais complexo que abrange o escoamento e a transferˆencia de calor conjugada entre o fluido e a matriz metalica.  A metodologia de soluc¸˜ao empregada contempla uma combina¸c˜ao de abordagens anal´ıtica e num´erica.  O campo de velocidades oscilat´orio foi estudado segundo o parametro de similaridade que o governa, isto ´e, o nu´mero de Reynolds cin´etico.  Vari´aveis sistˆemicas como efetividade, eficiˆencia e o nu´mero de gera¸c˜ao de entro- pia foram simuladas visando `a compreensa˜o do comportamento t´ermico deste regenerador passivo.  O diametro hidr´aulico ´e determinante para redu¸c˜ao das perdas termodinamicas e a entropia gerada ´e uma ferramenta u´til para indicar situa¸coes onde o sistema aproxima-se da  condi¸c˜ao  inoperante.   Por  fim,  o  modelo  do  regenerador  de  placas  ´e  expandido  para o  problema  do  regenerador  magn´etico  ativo  (AMR)  no  ciclo  de  refrigera¸cao  magn´etica. Parˆametros como vaz˜ao massica, frequ¨ˆencia de ciclo, espessura do canal s˜ao avaliados nas simula¸coes auxiliando a compreens˜ao da dinamica t´ermica do AMR. Verificou-se que o vo- lume de fluido deslocado nos canais do regenerador ´e um parametro chave para se entender o desempenho do refrigerador magn´etico.  Os resultados esta˜o de acordo com tendˆencias observadas em dados experimentais e modelos te´oricos dispon´ıveis na literatura.

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