Canal con generadores de vortices
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Este documento presenta un análisis computacional del flujo de calor y transferencia de calor turbulentos sobre un arreglo de módulos calentados utilizando modelos de turbulencia. Se estudian diferentes casos variando la velocidad del flujo y las dimensiones de los módulos. Se resuelven numéricamente las ecuaciones de Navier-Stokes y energía usando el método de volúmenes finitos. Los resultados muestran las velocidades, isotermas y números de Nusselt para cada caso, comparándolos con datos de la literatura.
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Canal con generadores de vortices
- 1. Análisis Computacional de Flujo en Canal Abierto con Módulos Generadores de Calor Profesor: Álvaro Valencia Alumnos: David Azocar Paredes Rodrigo Reyes Tapia DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA UNIVERSIDAD DE CHILE Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Ingeniería Mecánica
- 2. Literatura
- 3. COMPUTATIONAL ANALYSIS OF TURBULENT FLUID FLOW AND HEAT TRANSFER OVER AN ARRAY OF HEATED MODULES USING TURBULENCE MODELS
- 5. Resultados
- 8. Geometría del Problema Parametros del canal: Altura del canal: H=10 cm Largo del canal: Lt=80 cm Largo de entrada: Le=8 cm Separación de módulos: S1=7 S2=12 S3=12 S4= 7 cm Alto del módulo: L/B=1, 0.75, 3 (B=3 fijo) Calor generado: qj= 80
- 9. Ecuaciones Ecuación de Continuidad: Ecuación de N-S según X: Ecuación de N-S según Y: Ecuación de Energía:
- 12. Casos Estudiados Caso 0: v=0.1 y L/B=1.5 Caso 1: v=1 y L/B=1.5 Caso 2: v=3 y L/B=1.5 Caso 3: v=10 y L/B=1.5 Caso 4: v=10 y L/B=0.75 Caso 5: v=10 y L/B=3
- 13. Método Numérico
- 14. Volúmenes Finitos El dominio de cálculo es dividido en volúmenes de control disjuntos. Cada uno rodea un nodo de la red. Para obtener la ecuación discretizada se integra la ecuación diferencial sobre cada VC. De esta manera la ED cumple el principio de conservación en un volumen finito, tal como la ec. diferencial lo cumple en un volumen infinitesimal.
- 15. Volúmenes Finitos P: punto genérico E, W: puntos vecinos este y oeste. Dx= ancho del VC. e, w, caras del volumen de control , que rodea al punto genérico
- 16. Discretización de Ecuación La ecuación: se integra, obteniendo una ecuación de la forma: Luego se discretiza, para obtener:
- 17. Interpolación Diferencias Centrales Aguas Arriba Esquema Exponencial Híbrido Ley de Potencia
- 18. Ley de Potencia Este esquema se basa en interpolar “ T ”, mediante una aproximación del esquema exponencial. Dicha aproximación se logra reemplazando la curva solución del esquema exponencial, por dos rectas y dos polinomios de quinto orden
- 19. Algoritmo SIMPLEC 1.-Considerando el campo inicial de velocidades, se calculan los coeficientes de la ecuación de movimiento y luego se calculan las seudo-velocidades a partir de las ecuaciones de movimiento sin gradiente de presión. 2.-Con las seudo-velocidades se resuelve el campo de presiones usando la ecuación de continuidad. Con el campo de presiones obtenido se resuelven las ecuaciones de movimiento para determinar un nuevo campo de velocidad. 3.-Con el nuevo campo de velocidades, se resuelve nuevamente la ecuación de continuidad apara determinar el campo de correcciones de presión. 4.-A partir de las correcciones de presión, se corrige el campo de velocidades, obteniendo parámetros finales para ocupar en la ecuación de energía. 5.-Con estos datos se resuelve la ecuación de energía y se obtiene el campo de temperatura. 6.-Luego se determina si el número de Nusselt converge o no. Si el resultado de la iteración no converge a una cota requerida, el ciclo se repite desde el cálculo de los coeficientes de la ecuación de movimiento. 7.-Luego de lograr la convergencia, se incrementa el tiempo y se aplican de nuevo los pasos anteriores para obtener los campos de velocidad y temperatura en un nuevo instante de tiempo.
- 20. Resultados
- 21. Velocidades
- 22. Caso 0
- 23. Caso 1
- 24. Caso 2
- 25. Caso 3
- 26. Caso 4
- 27. Caso 5
- 28. Isotermas
- 29. Caso 0
- 30. Caso 1
- 31. Caso 2
- 32. Caso 3
- 33. Caso 4
- 34. Caso 5
- 35. Nusselt
- 36. Caso 0
- 37. Caso 1
- 38. Caso 2
- 39. Caso 3
- 40. Caso 4
- 41. Caso 5
- 43. Líneas de flujo obtenidas en la bibliografía
- 44. Coeficiente de caída de presión
- 45. Coeficientes de caída de presión obtenidos en la bibliografía
- 46. Conclusiones
- 47. El caso laminar presenta la mayor variación del Nusselt del primer modulo con respecto a los siguientes. Los casos turbulentos presentan Nusselt casi constante en los módulos. Al aumentar la altura de los módulos se generan mas turbulencias Con esto, la transferencia de calor aumenta.