Soluções analíticas para a transferência de calor em filmes líquidos: aplicação a escoamentos sobre aerofólios. - Saa, Olívia Terence (2013)
Este trabalho tem como objetivo a obtenção de soluções analíticas e semi-analíticas para o problema de transferência de calor em filmes de água líquida escoando sobre aerofólios. O problema da transferência de calor em filmes já foi abordado na literatura, no entanto, não foram encontradas, na bibliografia aberta, soluções analíticas aplicáveis ao problema da formação de gelo em filmes escoando sobre aerofólios de aeronaves. Este fato se deve à presença de um termo de transferência de calor por convecção na interface filme-escoamento de ar, que não foi considerado nas soluções analíticas encontradas na literatura. Para os problemas estudados, a obtenção da distribuição de temperaturas no filme é fundamental, pois, com ela, é possível prever a iminência da formação de gelo, ou seja, quando a temperatura de solidificação é atingida no filme. Nos caos de superfícies com proteção térmica, deve ser especificado um fluxo de calor na superfície de contato entre o filme e o aerofólio, enquanto nos casos nos quais a superfície do aerofólio está desprotegida, deve ser considerada uma temperatura fixa. Neste trabalho, para cada um destes casos, foram considerados gradientes de pressão nulos e constantes no filme dágua. Assim, ao total, quatro casos foram gerados e analisados. O método da separação de variáveis e expansões em séries de autofunções foi utilizado na obtenção das soluções analíticas e o de Galerkin na obtenção das soluções semi-analíticas. Este último método, apesar de não ser exato, não apresenta alguns dos desvios intrínsecos aos métodos numéricos usuais, pois não depende da discretização do espaço em forma de malha e das interpolações decorrentes. Foi feita uma comparação entre as soluções para gradiente de pressão nulo obtidas pelo método de Galerkin e as soluções obtidas por separação de variáveis. Desta maneira, encontraram-se os desvios da soluções semi-analíticas em relação às soluções exatas. Finalmente, foram encontradas estimativas simplificadas para a distribuição de temperaturas no filme, além de variáveis adimensionais que generalizam o problema, podendo ser traçadas, então, uma série de curvas válidas para uma extensa gama de parâmetros.