Análise Computacional da Transferência de Calor em Cilindros de Compressores Alternativos

Abstract

O fenômeno do superaquecimento afeta significativamente a eficiência de compressores alternativos. Esse fenômeno ocorre devido à passagem do gás de refrigeração ao longo do sistema de sucção e na entrada do cilindro. Desta forma, estimar corretamente o fluxo de calor que ocorre entre as paredes do cilindro e o fluido é crucial na determinação das eficiências volumétrica e isentrópica e, assim, para a otimização do desempenho de compressores. O presente artigo apresenta o estudo numérico da transferência de calor transiente dentro do cilindro de um compressor alternativo, englobando todas as etapas do ciclo de compressão. A modelagem computacional envolve formulações bidimensionais e tridimensionais, empregando o modelo de turbulência RNG k-ε na solução do escoamento turbulento dentro do cilindro. A região junto à parede é tratada por duas abordagens diferentes. A dinâmica das válvulas é descrita com um modelo de um grau de liberdade. Efeitos tridimensionais sobre o fluxo de calor no cilindro foram investigados a partir de geometrias do orificio de sucção com três diferentes ângulos de inclinação. Resultados da transferência de calor e do escoamento através das válvulas dentro do cilindro foram utilizados na análise do fenômeno. Os resultados demonstram que o escoamento de alta velocidade que ocorre nos momentos iniciais de abertura das válvulas de sucção e descarga produz elevadas taxas de transferência de calor. As previsões para a transferência de calor na parede são comparadas com os valores retornados por correlações disponíveis na literatura. Observou-se que o aumento da transferência de calor durante o processo de sucção e descarga não é adequadamente representada por tais correlações.