Design Construtal aplicado a um caminho condutivo em forma de seta inserido em um sólido com geração de calor

Abstract

Este trabalho busca avaliar geometricamente, através do Design Construtal, um caminho de alta condutividade a fim de melhor distribuir o campo de temperaturas diminuindo a maior temperatura observada em um domínio com geração de calor e de baixa condutividade. Para a análise numérica deste estudo, foi utilizado o software MATLAB junto com a ferramenta PDETOOL (Partial Differential Equation Toolbox). O caminho condutivo possui uma forma de seta, ou seja, composto por uma parte retangular com razão de medidas variáveis e uma parte triangular de área fixa. O problema passa a ter três restrições de área com seis variáveis, resultando em três graus de liberdade, H/L, H0/L0 e H1/L1, sendo que apenas H0/L0 varia. As simulações numéricas foram feitas para três diferentes condutividades, considerando quatro valores de fração de área preestabelecidos. Foi possível obter a geometria do caminho condutivo que melhor distribui o campo de temperaturas, resultando na minimização da temperatura máxima. Observouse nas três diferentes condutividades que, quanto maior a distribuição da área ocupada pelo material de alta condutividade em relação à área da placa, melhor distribuída será a temperatura, resultando na redução da temperatura máxima observada. Constatou-se também que a mais baixa condutividade térmica analisada, apresentou a menor temperatura máxima à medida que a razão do grau de liberdade foi aumentando. Já a maior condutividade térmica analisada apresentou menor temperatura máxima à medida que a razão do grau de liberdade foi diminuindo.