Díaz, Leonardo (2012) Desarrollo de una herramienta numérica para el cálculo de parámetros macroscópicos en medios porosos bidimensionales. / Numerical tool development for determining macroscopic parameters in 2-D porous media. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
![[img]](/style/images/fileicons/application_pdf.png)
| PDF (Tesis) Español 14Mb |
Resumen en español
Parámetros macroscópicos tales como el coeficiente de transferencia de calor por convección (h_sf) para flujos a través de obstáculos, resultan de gran interés en la industria debido a que son necesarios para describir la transferencia de energía a una escala macroscópica del problema (considere por ejemplo núcleos de transformadores de potencia, intercambiadores de calor o núcleos de reactores nucleares). En este est udio se realizan simulaciones numéricas bidimensionales de flujos incompresibles con transporte de un escalar pasivo (temperatura) a través de obstáculos simples, con el fin de calcular dicho parámetro. Para ello se desarrolla una herramienta numérica que permite calcular el coeficiente mencionado a partir de los resultados que se obtienen de una simulación a nivel microscópico en celdas representativas (REV). La herramienta se implementó utilizando la técnica de volumen de control finito y, acoplada a un código que resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes, permitió resolver numéricamente la ecuación de transporte para la temperatura para diferentes geometrías y condiciones de contorno. El código fue extensivamente validado mediante la simulación de flujos que se encuentran documentados en la literatura. Se simularon diferentes números de Reynolds (0.01<Re<100), Peclet (0.01 <Pe< l00), y condiciones de contorno térmicas definidas por temperatura constante y flujo de calor uniforme en las paredes, para obtener la dependencia del parámetro macroscópico como función de los números adimensionales del problema. Los resultados mostraron una fuerte dependencia del coeficiente interfacial con la porosidad, siendo éste mayor a medida que la porosidad disminuye. El problema se resolvió en un dominio compuesto por varios REV's repetidos permitiendo el desarrollo espacial de las variables involucradas. Adicionalmente se estudió el efecto que tiene la elección del REV y se observó que la elección afecta significativamente el valor del h_sf a medida que el Pe disminuye. Debido a este efecto se propone entonces un método alternativo para el cálculo de dicho parámetro en el caso disponer resultados para más de un REV. Resulta satisfactoria la comparación entre el modelo unidimensional y el promedio de la temperatura microscópica lograda con el método propuesto.
Resumen en inglés
Macroscopic parameters like the interfacial heat transfer coefficient have been of great interest for the industry as they are needed to describe the energy transfer in a macroscopic scale (consider for instance cases like heat exchangers, nuclear reactors or power transformers). In t his study, numerical simulations of two dimensional flows wit h transport of a passive scalar are carried out to compute this parameter. Following this objective, a numerical tool is developed to compute the parameter from microscopic solution of the flow (i.e. real geometry solution). The tool is developed following t he well-known technique of finite cont rol volume. A solver for the temperature equation is developed and coupled to an existing Navier-Stokes equation solver, allowing simulating flows with scalar t ransport for different geometries and boundary conditions. The developed code was heavily tested simulating benchmarks found in the literature. Following the main objective of this study, several Reynolds numbers (0.01< Pe<100) , Peclet number (0.01<Pe<100) and two boundary conditions (constant temperat ure and uniform heat flux) were simulated to compute the interfacial heat transfer coefficient as a functions of non-dimensional numbers and parameters t hat characterize the problem. Results showed a strong dependency of the porosity, being greater t he macroscopic parameter as porosity is increased. Additionally and as t he problem was solving considering several REVs, the space develop of t he macroscopic variables can be st udied. Moreover, and considering the f ully developed region of the flow, it was found a dependency of t he macroscopic parameter with the REV selection. Due to t his effect, an alternative model to compute h_sf was proposed. Satisfactory results were obtained when the macroscopic model was compared with macroscopic results computed from microscopic simulations.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Heat transfer; Transferencia de calor; Porous media; Medios porosos; Macroscopic model; Modelo macroscópico |
| Materias: | Física > Mecánica |
| Divisiones: | Aplicaciones de la energía nuclear > Tecnología de materiales y dispositivos > Mecánica computacional |
| Código ID: | 343 |
| Depositado Por: | Marisa G. Velazco Aldao |
| Depositado En: | 31 Jul 2012 15:42 |
| Última Modificación: | 31 Jul 2012 15:42 |
Personal del repositorio solamente: página de control del documento
