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Modelado CFD de intercambiador de calor con bobinas de radio curvado pequeño utilizando el modelo de medio poroso

Autores: Dmitriev, Sergey; Kurkin, Andrey; Dobrov, Aleksandr; Doronkov, Denis; Pronin, Aleksey; Solntsev, Dmitry

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Modelado CFD de intercambiador de calor con bobinas de radio curvado pequeño utilizando el modelo de medio poroso


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Transferencia de calor
Intercambiadores de calor
Modelos computacionales
Tasa de flujo del refrigerante
Bobinas empaquetadas
Potencia térmica

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La eficiencia de la transferencia de calor en intercambiadores de calor enfriados por aire de diversas instalaciones industriales depende del caudal del refrigerante, su temperatura de entrada y la temperatura ambiente. Estos parámetros son transitorios y dependen tanto de las características del proceso tecnológico como de las condiciones climáticas. Una opción para un diseño compacto de intercambiadores de calor es el uso de bobinas apiladas con un pequeño radio de curvatura. En este caso, la transferencia de calor en la geometría compleja del espacio anular no puede ser descrita por dependencias unidimensionales simples. Para resolver este problema, es necesario considerar la estructura espacial tridimensional de la superficie de intercambio de calor. Dado que el tamaño de los elementos de la malla será varios órdenes de magnitud menor que el tamaño de la instalación, el tamaño de las mallas computacionales para la modelización CFD de intercambiadores de calor a escala completa será de miles de millones de volúmenes finitos, y incluso en supercomputadoras potentes, el tiempo de solución será de aproximadamente un mes. Una forma de reducir los costos computacionales es utilizar modelos de orden reducido, en los que el dominio computacional no se modela directamente; en su lugar, se utilizan modelos simplificados, como un modelo de medio poroso, para describirlo. Sin embargo, tales modelos requieren relaciones de cierre adicionales y coeficientes que caracterizan la geometría real del canal. Este artículo presenta una técnica para crear un gemelo digital de un intercambiador de calor con bobinas de pequeño radio de curvatura basado en un modelo de medio poroso. Los valores de los coeficientes de transferencia de calor y resistencia hidráulica dependen de la velocidad del movimiento del aire en el espacio entre las bobinas. El valor calculado de la potencia térmica obtenido utilizando el modelo reforzado fue de 529 kW, lo que corresponde a los datos del pasaporte de 500 kW, con una desviación de menos del 6% para el intercambiador de calor en estudio. Esto confirma la corrección del cálculo con las simplificaciones aceptadas. El tiempo de cálculo en este caso fue de solo unos minutos al utilizar una computadora personal. El modelo numérico desarrollado permite la resolución de características de rendimiento basadas en la temperatura del medio enfriado en la entrada, la temperatura del aire y la velocidad del ventilador. Analizar los diferentes modos de encendido de los ventiladores de enfriamiento permitió determinar los valores de la potencia térmica al apagar los ventiladores o reducir el número de revoluciones.

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