Resumo

A eficiência de compressores alternativos de refrigeração é afetada de forma significativa pelo superaquecimento do gás através do sistema de sucção e, posteriormente, em sua entrada no cilindro. Dentro deste contexto, 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. A presente dissertação apresenta o estudo numérico da transferência de calor transiente em cilindros de compressores alternativos de refrigeração doméstica, considerando os processos de compressão, descarga, expansão e sucção. A modelagem computacional do problema, envolvendo formulações bidimensionais e tridimensionais, utiliza o método de volumes finitos e os modelos de turbulência SST, RNG k-e e k-e Realizável na solução do escoamento turbulento e compressível, na presença de transferência de calor. A dinâmica das válvulas é descrita com um modelo de um grau de liberdade. Os resultados mostram que o escoamento de alta velocidade que ocorre nos momentos iniciais de abertura das válvulas de sucção e descarga produz taxas elevadas de transferência de calor no cilindro. Efeitos tridimensionais sobre o fluxo de calor no cilindro foram investigados a partir de geometrias de orifício de sucção com três diferentes ângulos de inclinação. Constatou-se que a inclinação do orifício produz uma variação da distribuição do fluxo de calor na lateral do cilindro, mas não altera de forma significativa o calor total trocado no cilindro ao longo de um ciclo. Observou-se que estimativas de fluxo de calor obtidas de correlações disponíveis na literatura apresentam pouca concordância em relação aos resultados obtidos no presente estudo. Uma nova correlação de transferência de calor é proposta e avaliada para diferentes condições de operação do compressor, produzindo resultados satisfatórios.

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