Convecção térmica a partir de um corpo cúbico imerso numa camada limite turbulenta

Abstract

Faz-se a apresentação sumária de conceitos fundamentais subjacentes ao estudo de processos convectivos. Considera-se a convecção a partir de corpos aquecidos e aspectos da sua interacção com um escoamento forçado isotérmico, incluindo as diferentes regiões do escoamento livre. Revêem-se as principais contribuições experimentais nos domínios da convecção natural, mista e forçada. Estuda-se a convecção natural a partir de um corpo cúbico isotérmico, assente no solo. Determinam-se os coeficientes de transmissão de calor, distinguindo os comportamentos das faces verticais e da face horizontal. Estabelecem-se correlações dos dados experimentais, representativas da convecção natural laminar. São apresentados perfis transversais de velocidade e temperatura na pluma vertical e caracteriza-se a transição do regime laminar a turbulento. Em regiões suficientemente afastadas do corpo, o escoamento livre é bem representado por uma pluma turbulenta com origem numa fonte pontual. Com fundamento em configurações próprias do escoamento na esteira livre laminar interpretam-se alguns aspectos singulares observados em convecção natural. Consideram-se seguidamente os efeitos da velocidade e incidência de um escoamento forçado turbulento, dando lugar ao estudo da convecção mista. Tomando os resultados de convecção natural como referência, apresentam-se correlações experimentais simples e analisa-se a influência dos vários parâmetros adimensionais. Distingue-se a contribuição de cada face para o processo global de transferência de calor, atribuindo particular significado à geometria e orientação do corpo. Estes factores conjugam-se para evidenciar a ocorrência simultânea de regimes convectivos dominantes e justificar a variação do coeficiente de transmissão de calor. Descreve-se o campo médio de temperaturas no rasto do corpo. Referem-se aspectos globais da pluma inclinada, característica de convecção mista, e da esteira aquecida, correspondente ao caso da convecção forçada. Fundamentam-se algumas das hipóteses enunciadas aquando da interpretação dos resultados com base nas indicações obtidas em ensaios de visualização dos escoamentos estudados, destacando alguns comporta-mentos mais particulares. Consideram-se, por fim, as possibilidades de aplicação dos resultados ao cálculo das perdas convectivas de edifícios, salientando a importância da orientação.