Resumo: A termoacústica estuda o acoplamento entre calor e movimento acústico. Os motores termoacústicos convertem calor em energia acústica, podendo esta ser posteriormente transformada em energia elétrica. Embora menos eficientes que os motores convencionais, os motores termoacústicos se destacam pela capacidade de operar a partir de fontes de baixa disponibilidade, tornando-se uma opção viável para regeneração da energia comumente perdida na forma de calor dissipado para o meio ambiente. O desempenho dos motores termoacústicos depende criticamente do projeto do núcleo termoacústico, composto por material poroso, trocadores de calor e um tubo de amortecimento térmico, onde os trocadores de calor desempenham um papel fundamental na eficiência do motor, especialmente na dissipação de calor do fluido de trabalho. Pesquisas recentes concentram-se em melhorar esses trocadores para maximizar a regeneração de energia térmica de baixa disponibilidade. O campo da termoacústica tem impulsionado inovações em sustentabilidade, especialmente em processos de transferência de calor nos trocadores de calor dos motores. Modelagens analíticas e computacionais são essenciais para otimizar o desempenho dos motores termoacústicos, com contínuos esforços para melhorar a precisão dos modelos e compreender os fenômenos físicos subjacentes. Novas formulações analíticas e métodos numéricos estão em constante desenvolvimento para melhor modelar e compreender os motores termoacústicos. Desta forma, o objetivo deste trabalho é investigar a influência do campo magnético na transferência de calor em ferrofluido dentro do trocador de calor de baixa temperatura de um motor termoacústico de onda estacionária utilizando um modelo CFD computacional transiente 3D desenvolvido em ambiente ANSYS Fluent. O trocador de calor consiste em um \textit{design} de fluxo cruzado, onde o ferrofluido, um fluido magneticamente suscetível, atua como refrigerante, enquanto o ar em oscilação acústica, impulsionado pelo fenômeno termoacústico, é o fluido de maior temperatura. Funções pré-definidas simulam a velocidade e pressão oscilatórios na entrada e saída do ar, enquanto o comportamento do ferrofluido sob ação do campo magnético foi replicado com base em dados obtidos na literatura. Experimentos foram realizados para se validar uma versão preliminar do modelo computacional. Além disso, os números de Nusselt médio são comparados com dados experimentais. Resultados experimentais e numéricos indicaram que o modelo representa adequadamente o fenômeno físico para o ar em fluxo livre, e um modelo computacional satisfatório ao analisar o movimento oscilatório de partículas acústicas no ar. Também foi detectada uma maior eficácia de troca térmica para um tubo com seção elíptica em comparação com um tubo com seção circular da mesma área interna. Este trabalho se baseia na compreensão de que a rejeição eficiente de calor do fluido de trabalho do motor termoacústico é crucial para a otimização do desempenho. Ao introduzir um refrigerante influenciado magneticamente, como o ferrofluido, pretende-se explorar o potencial para uma transferência de calor aprimorada por meio de fenômenos termomagnéticos Ver menos

Abstract: Thermoacoustics studies the coupling between heat and acoustic motion. Thermoacoustic engines convert heat into acoustic energy, which can later be transformed into electrical energy. Although less efficient than conventional engines, thermoacoustic engines stand out for their ability to operate from low-availability energy sources, making them a viable option for recovering energy typically lost as heat dissipated into the environment. The performance of thermoacoustic engines critically depends on the design of the thermoacoustic core, composed of porous material, heat exchangers, and a thermal damping tube, where the heat exchangers play a fundamental role in the engine's efficiency, especially in dissipating heat from the working fluid. Recent research has focused on improving these heat exchangers to maximize the recovery of low-availability thermal energy. The field of thermoacoustics has driven innovations in sustainability, particularly in heat transfer processes within the heat exchangers of engines. Analytical and computational modeling are essential for optimizing the performance of thermoacoustic engines, with continuous efforts to improve the accuracy of models and understand the underlying physical phenomena. New analytical formulations and numerical methods are constantly being developed to better model and understand thermoacoustic engines. Thus, the objective of this work is to investigate the influence of a magnetic field on heat transfer in ferrofluid within the low-temperature heat exchanger of a standing-wave thermoacoustic engine using a transient 3D CFD model developed in the ANSYS Fluent environment. The heat exchanger consists of a cross-flow design, where the ferrofluid, a magnetically susceptible fluid, acts as a coolant, while the acoustically oscillating air, driven by the thermoacoustic phenomenon, is the hotter fluid. Predefined functions simulate the oscillatory velocity and pressure at the air inlet and outlet, while the behavior of the ferrofluid under the action of the magnetic field was replicated based on data obtained from the literature. Experiments were conducted to validate a preliminary version of the computational model. Additionally, the average Nusselt numbers are compared with experimental data. Both experimental and numerical results indicated that the model adequately represents the physical phenomenon for air in free flow and provides a satisfactory computational model for analyzing the oscillatory motion of acoustic particles in air. A greater thermal exchange efficiency was also detected for a tube with an elliptical cross-section compared to a tube with a circular cross-section of the same internal area. This work is based on the understanding that the efficient rejection of heat from the working fluid in a thermoacoustic engine is crucial for optimizing performance. By introducing a magnetically influenced coolant, such as ferrofluid, the aim is to explore the potential for enhanced heat transfer through thermomagnetic phenomena Ver menos