Análise computacional de ejetores para aplicabilidade em sistemas de refrigeração a partir de energia solar

Abstract

Dentro do contexto de sustentabilidade, uma nova tecnologia de pesquisa usa a energia do calor do Sol para completar o ciclo de refrigeração sem o compressor, o dispositivo de maior consumo de energia em um ar condicionado. Este objetivo é alcançado substituindo-se o compressor por um ejetor, no entanto, isto resulta em um baixo desempenho do sistema, que pode ser melhorado aumentando-se o desempenho do ejetor usando simulações CFD. Neste trabalho, o software CFD OpenFOAM® foi usado para validar modelos de simulação que utilizam diferentes esquema de discretização dos termos divergentes, com a finalidade de serem usados em trabalhos futuros na melhoria do desempenho do ejetor. Apenas o solver específico para velocidades trans e supersônicas foi usado com o modelo de turbulência k-ϵ padrão. As condições iniciais foram baseadas em uma pesquisa anterior utilizando o fluido refrigerante R-134a. A maioria dos casos com diferentes esquemas de discretização obtiveram sucesso na simulação com a condição inicial de pressão constante nas entradas e saída, e concluiu-se que neste tipo de análise o caso com a predominância do esquema de discretização de primeira ordem baseado no upwind obteve melhores resultados de ER (razão entre fluxos de massa de entrada). Nas simulações com condição inicial de fluxo de massa constante, o caso 143, composto de diferentes esquemas de discretização de segunda ordem na pressão, velocidade e energia, obteve maior sucesso na reprodução da pressão na parede do ejetor. Não houve grandes diferenças nas análises de linhas de fluxo do ejetor. Os resultados mostraram que existe uma infinidade de esquemas de discretização que podem ser usados na solução do problema e que, associados a uma malha mais refinada, podem também produzir excelentes resultados.

Inside the sustainability context, a new researching technology uses the Sun heat energy to complete the refrigeration cycle without the compressor, the most power consumer device in an air conditioner. It is achieved replacing the compressor by an ejector, however, it results in a lower performance of the system, which can be improved increasing the ejector's performance using the CFD simulations. In this work the CFD software OpenFOAM® was used to validate the simulation models that uses different divergent therms of discretization schemes, for the purpose of using it in a future ejector performance analysis. Just the specific solver to trans/supersonic speed was used with the standard k-ϵ turbulence model. The initial conditions were based in a previous research using the R-134a refrigerant fluid. The major case parts with different discretization schemes were successful in a simulation with constant pressure initial condition, and it has been concluded in this analysis type that the case with a predominance of first order upwind-based discretization scheme performed better ER results (ratio between the entrance mass fluxes). In the simulations with a constant mass flux initial condition, the case 143, composed of different second order discretization schemes in the pressure, velocity and energy, performed better in the reproduction of ejector wall pressure. Also, it has not shown a big difference in ejector stream lines analysis. The results shown a great number of discretization schemes that can be used in the problem solution and, when associated with a more refined mesh, can also bring excellent results.