Método Semi-Analítico para la Transferencia de Calor Transitoria en 3D en Campos Térmicamente Interactuantes de Intercambiadores de Calor en el Suelo
Autores: Prieto, Carlos; Cimmino, Massimo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Método Semi-Analítico para la Transferencia de Calor Transitoria en 3D en Campos Térmicamente Interactuantes de Intercambiadores de Calor en el Suelo
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía térmica
Palabras clave
Estudio
Transferencia de calor
Intercambiadores de calor en el suelo
Advección de fluidos
Interacción térmica
Método semi-analítico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
El estudio de la transferencia de calor en intercambiadores de calor en el suelo (GHEs) considerando la advección del fluido dentro de las tuberías; la transferencia de calor entre el fluido y el suelo a través del material de lechada; y la interacción térmica entre los GHEs es una tarea desafiante. El presente artículo presenta un nuevo método semi-analítico que tiene en cuenta los efectos mencionados anteriormente para considerar tanto los efectos a corto como a largo plazo de los GHEs. La transferencia de calor entre el fluido y la lechada se estudió mediante una expansión multipolar transitoria considerando temperaturas de fluido dependientes del tiempo y un modelo de advección para las tuberías obtenido de un balance de energía en el fluido portador de calor. Las interacciones térmicas se analizaron utilizando un método de pozo equivalente mientras se penalizaba la expansión multipolar transitoria para incluir los efectos de interacción térmica. La validación de las predicciones a corto plazo se realizó comparando el modelo propuesto con datos experimentales encontrados en la literatura y con un modelo de FEA. El modelo propuesto se comparó luego con un modelo de FEA en simulaciones a largo plazo de un campo geotérmico compuesto por 24 GHEs para simulaciones multianuales. El método resultó en una reducción sustancial en el tiempo computacional mientras se preservaba una buena precisión en comparación con el modelo de FEA.
Descripción
El estudio de la transferencia de calor en intercambiadores de calor en el suelo (GHEs) considerando la advección del fluido dentro de las tuberías; la transferencia de calor entre el fluido y el suelo a través del material de lechada; y la interacción térmica entre los GHEs es una tarea desafiante. El presente artículo presenta un nuevo método semi-analítico que tiene en cuenta los efectos mencionados anteriormente para considerar tanto los efectos a corto como a largo plazo de los GHEs. La transferencia de calor entre el fluido y la lechada se estudió mediante una expansión multipolar transitoria considerando temperaturas de fluido dependientes del tiempo y un modelo de advección para las tuberías obtenido de un balance de energía en el fluido portador de calor. Las interacciones térmicas se analizaron utilizando un método de pozo equivalente mientras se penalizaba la expansión multipolar transitoria para incluir los efectos de interacción térmica. La validación de las predicciones a corto plazo se realizó comparando el modelo propuesto con datos experimentales encontrados en la literatura y con un modelo de FEA. El modelo propuesto se comparó luego con un modelo de FEA en simulaciones a largo plazo de un campo geotérmico compuesto por 24 GHEs para simulaciones multianuales. El método resultó en una reducción sustancial en el tiempo computacional mientras se preservaba una buena precisión en comparación con el modelo de FEA.