Simulações computacionais de convecção térmica em ambientes refrigerados utilizando o software OpenFOAM

dc.contributor.advisor-co1Nascimento, Andreia Aoyagui
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4938165765006772
dc.contributor.advisor1Mariano, Felipe Pamplona
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4538460201961283
dc.contributor.referee1Mariano, Felipe Pamplona
dc.contributor.referee2Pimenta, Paulo Henrique Neves
dc.contributor.referee3Santos, Dyrney Araújo dos
dc.contributor.referee4Nascimento, Andreia Aoyagui
dc.creatorBarboza, Hugo Kalev Noel
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0242661014026499
dc.date.accessioned2026-04-17T20:08:16Z
dc.date.available2026-04-17T20:08:16Z
dc.date.issued2026-03-27
dc.description.abstractThis dissertation presents a numerical study applied to the analysis and optimization of refrigeration and air-conditioning systems through Computational Fluid Dynamics (CFD), using the OpenFOAM software. The work is grounded on the formulation and solution of the governing conservation equations of mass, linear momentum, and energy, discretized by the Finite Volume Method (FVM). Incompressible flows with heat transfer by forced and mixed convection were considered, including turbulence modeling through the RNG k-ε and k-ω SST models. The methodology involved the validation of the numerical models using two classical benchmark test cases reported in the literature: forced laminar convection in a ventilated cavity and turbulent mixed convection in a bottom-heated cavity. Velocity, pressure, and temperature fields were analyzed, as well as relevant dimensionless parameters such as Reynolds, Prandtl, and Nusselt numbers. Comparison with experimental data and previously published numerical results demonstrated good agreement, confirming the reliability of the adopted models. Subsequently, the study was extended to the transient regime in order to evaluate the temporal evolution of the thermal field and identify stabilization criteria for steady-state conditions. The influence of supply air conditions, particularly inlet temperature and velocity, was investigated to determine critical parameters affecting the thermal and energy efficiency of the system. The results indicate that CFD-based computational modeling constitutes a robust tool for the integrated analysis of fluid dynamic and thermal phenomena in confined environments, enabling the identification of recirculation zones, high thermal gradients, and mixing patterns that directly impact energy performance. It is concluded that OpenFOAM provides adequate capability for HVAC-R applications, offering technical support for design optimization and contributing to the reduction of energy consumption and environmental impacts associated with indoor climate control.eng
dc.description.resumoNeste trabalho o foco principal concentrou-se nos estudos numéricos e computacionais aplicados à análise das condições de operação de sistemas de refrigeração e climatização por meio Dinâmica dos Fluidos Computacional (DFC) utilizando o software OpenFOAM. A dissertação é fundamentada na formulação e solução das equações governantes de balanços de massa, quantidade de movimento linear e energia, discretizadas pelo Método dos Volumes Finitos (MVF). Foram considerados escoamentos incompressíveis com transferência de energia térmica através de convecção forçada e mista, incluindo modelagem de fechamento da turbulência por meio dos modelos RNG k-ε e k-ω SST. A metodologia desenvolvida envolveu a validação de dois modelos computacionais parametrizados a partir de dois casos-testes clássicos da literatura: a convecção forçada laminar em cavidade ventilada e a convecção mista turbulenta em cavidade aquecida inferiormente. Foram analisados campos de velocidade, pressão e temperatura, bem como os parâmetros adimensionais relevantes, como os números de Reynolds, de Prandtl e de Nusselt. Na comparação entre os dados experimentais e resultados numéricos previamente publicados demonstra-se boa concordância, atestando a confiabilidade dos modelos adotados. Na etapa subsequente, o estudo foi estendido para o regime transiente, permitindo avaliar a evolução temporal do campo térmico e identificar critérios de estabilização do regime permanente. As influências das condições de insuflamento de ar condicionado, particularmente, temperatura e velocidade, foram investigadas com vistas à identificação de parâmetros críticos para a eficiência térmica e energética do processo. Nos resultados é indicado que a modelagem computacional baseada em DFC constitui uma ferramenta robusta para a análise integrada de fenômenos fluidodinâmicos e térmicos em ambientes confinados, permitindo a identificação de regiões de recirculação, de gradientes térmicos elevados e padrões que impactam diretamente no desempenho energético. Conclui-se que o OpenFOAM pode ser aplicado em processos de refrigeração e climatização de ambientes, oferecendo suporte técnico à otimização de projetos e contribuindo para a redução do consumo energético e dos impactos ambientais associados.
dc.description.sponsorshipOutro
dc.identifier.citationBARBOZA, Hugo Kalev Noel. Simulações computacionais de convecção térmica em ambientes refrigerados utilizando o software OpenFOAM. 2026. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/15243
dc.languagePortuguêspor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEscola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectDinâmica dos Fluidos Computacionalpor
dc.subjectConvecção Térmicapor
dc.subjectRefrigeraçãopor
dc.subjectAr-Condicionadopor
dc.subjectEficiência Energéticapor
dc.subjectOpenFOAMpor
dc.subjectComputational Fluid Dynamicseng
dc.subjectThermal Convectioneng
dc.subjectRefrigerationeng
dc.subjectAir‑Conditioningeng
dc.subjectEnergy Efficiencyeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
dc.titleSimulações computacionais de convecção térmica em ambientes refrigerados utilizando o software OpenFOAM
dc.title.alternativeTítulo em outro idioma: Computer simulations of thermal convection in refrigerated environments using OpenFOAM softwareeng
dc.typeDissertação

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