Revista de Investigación y Desarrollo
Acceso abierto
ISSN: 2311-3278
ISSN: 2311-3278
Bensighir Omar
En este trabajo presentamos un estudio numérico del fenómeno de la transferencia de calora través de la convección mixta laminar, incompresible y constante en una cavidad cuadrada cerrada con la pared vertical izquierda de la cavidad sujeta a una temperatura cálida, mientras que la pared derecha se considera fría. Las paredes horizontales se suponen adiabáticas. Las ecuaciones de gobierno se discretizaron por el método de volúmenes finitos en una malla al tresbolillo y se utilizó el algoritmo SIMPLER para el tratamiento del acoplamiento velocidad-presión. Las simulaciones numéricas se realizaron para una amplia gama de números de Reynolds 1, 10, 100 y 1000 números son iguales a 0.01, 0.1 Richardson, 0.5, 1 y 10. El análisis de los resultados muestra un flujo bicelular (dos celdas), uno se crea por la velocidad del ventilador colocado en la cavidad interior, uno a la izquierda se debe a la diferencia entre las temperaturas de la pared derecha y la pared izquierda. El conocimiento de la intensidad de cada uno de estoslas células nos permitieron obtener un resultado original. Y los valores obtenidos de cada uno de los Nuselt de convección los cuales permiten conocer la tasa de transferencia de calor en la cavidad. Finalmente encontramos que existe una influencia significativa de la posición del ventilador sobre la transferencia de calor(evolución de Nusselt) para valores de Reynolds estudiados y para valores bajos de Richardson entregado esta influencia es despreciable para valores altos de este último.1. Introducción La transferencia de calor por convección mixta despertó el considerable interés de varias investigaciones por aplicaciones tecnológicas tales como: la ventilación de los edificios, el revestimiento químico de las capas delgadas, el enfriamiento de las partes electrónicas, disipadores de calor en los colectores solares y reactores nucleares. Varias configuraciones geométricas simples y complejas fueron examinadas por informe a un enfoque teórico, digital y experimental. Un gran número de estudios numéricos se interesaron en la fijación de una sola entrada y salida [1-3] con una pared isotérmica. Otras investigaciones consideraron la pared calentada con un flujo de calor [4-5], donde [6] estudió varias configuraciones de la posición de entrada y salida con el fin de detectar la mejor posición posible de la apertura de entrada y salida, y obtener un enfriamiento más efectivo. Otros estudios numéricos y experimentales [7-9] trataron el efecto de lageometríade un obstáculo como la fuente de calor dentro de la cavidad para maximizar la conductancia total. La posición de la entrada y salida del aire tiene un gran efecto de las estructuras hidrodinámicas y térmicas [10]. Una cavidad que tiene varias entradas [11] mejora su ventilación. El método lattice Boltzmann (LBM) es un método digital relativamente reciente y original que surge a principios de la década de los noventa. Se interesa, ya sea por las magnitudes macroscópicas (celeridad, presión y densidad), sino directamente por la distribución de las diversas partículas que constituyen un fluido. Hablamos entonces de representación mesoscópica. Lo que lo hace competir con los otros métodos convencionales como son el volumen finito, los elementos finitos y las diferencias finitas. Es inicialmente resultante del método de gas de red [12], de la teoría celular de los autómatas [13] y al estar basado en el formalismo físico estadístico [14]. Es importante poder ubicar sus prestaciones en comparación con las de los métodos .digitales clásicos utilizados para simular y reproducir los flujos con eltransferencia de calor en los recintos ventilados. El propósito del estudio presentado en este trabajo es el análisis del fenómeno de la transferencia de calorcon flujo mixto de la convección en modo laminar, en una cavidad cuadrada provista de dos aberturas. Se supone que las paredes interiores son adiabáticas, excepto la ubicada en el lado bajo, que se considera isotérmica. El modelo térmico del método de la red de Boltzmann con nueve celebridades (D2Q9) se usa para reproducir el campo dinámico y el simplificado a cinco celebridades (D2Q5) se usa para el campo de temperatura. Por lo tanto, se deberá realizar un análisis térmico con LBM. Eso nos permitirá determinar las actuaciones de este nuevo método digital en este campo. 2. Descripción física del problema El modelo elegido es cavidad cuadrada de costa H rellena con dos aberturas de ventilación, la primera ubicada en la esquina inferior izquierda del lado L1 y la segunda ubicada en el lado superior derecho L2 = L1 = 20% H. Las paredes de esta cavidad son adiabáticas excepto la pared inferior. Las paredes de esta cavidad son adiabáticas excepto la pared inferior que se mantiene mediante una fuente de calor a temperatura constante Th. Aire entrando por la abertura izquierda de la pared con una temperatura T0 y una velocidad uniforme U0 como lo muestra la fig.1. Los supuestos utilizados se resumen en el caso de un fluido incompresible, newtoniano en dos dimensiones, laminar, satisfaciendo el supuesto de Boussinesq, estacionario con una transferencia de calor por radiación y una disipación de calor por efecto de la viscosidad despreciable. 3. Método de Lattice Boltzmann En física estadística, un gas se describe mediante una nube de partículas que obedecen a la ecuación de Boltzmann. Esta ecuación continua tal como fue propuesta por Boltzmann en 1872 se puede escribir de la siguiente manera: μˆ μ …Ǥ μˆ μ Ǥ μˆ μ… ൌ ȳሺˆሻ. (1) Esta ecuación es la ecuación básica de la teoría cinética de los gases. Describe la función de distribución de las moléculas de gas, que es una función del tiempo, el espacio y la velocidad de la molécula.