Los efectos de la flotabilidad en las tasas de transferencia de calor laminar al CO2 supercrítico en flujos verticales ascendentes
Autores: Viswanathan, Krishnamoorthy; Krishnamoorthy, Gautham
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Los efectos de la flotabilidad en las tasas de transferencia de calor laminar al CO2 supercrítico en flujos verticales ascendentes
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flotabilidad
Transferencia de calor
CO2 supercrítico
Flujos laminares
TPC
Número de Nusselt
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los efectos de la flotabilidad en flujos laminares verticales y ascendentes pueden resultar en una mejora en las tasas de transferencia de calor al CO2 supercrítico (sCO2) cerca de su temperatura pseudocrítica (TPC). Esto contrasta con los flujos correspondientes en el régimen turbulento, o flujos laminares de sCO2 (con efectos de flotabilidad mínimos), donde se ha observado un deterioro en la transferencia de calor cerca de la TPC, seguido de una fase de recuperación. Para aprovechar estas características de mejora en la transferencia de calor del sCO2 y mejorar las eficiencias de intercambio de calor, es necesario identificar la ubicación del punto de estrangulación de la TPC y las variables que controlan estos efectos de flotabilidad. Para llenar este vacío, se llevaron a cabo simulaciones numéricas de sCO2 (en la entrada: 8.2 MPa, 265 K) en tubos circulares verticales de diámetros (D) de 0.2-2 mm, calentados con flujos de calor de pared constantes (Q) de 1-4 kW/m2 y números de Reynolds de entrada (Re) de 100 y 400. Se variaron las longitudes de los tubos para mantener una temperatura de salida de 320 K (TPC~309 K). Los resultados indicaron que se pueden esperar tasas de transferencia de calor laminar aumentadas por flotabilidad cuando Gr/Re2.7 > 10-4 (Gr = número de Grashof). Se propone una correlación del número de Nusselt modificado en términos de (Gr/Re) y se observa que se ajusta a las variaciones observadas dentro de un error porcentual absoluto medio < 15%, en la mayoría de las regiones.
Descripción
Los efectos de la flotabilidad en flujos laminares verticales y ascendentes pueden resultar en una mejora en las tasas de transferencia de calor al CO2 supercrítico (sCO2) cerca de su temperatura pseudocrítica (TPC). Esto contrasta con los flujos correspondientes en el régimen turbulento, o flujos laminares de sCO2 (con efectos de flotabilidad mínimos), donde se ha observado un deterioro en la transferencia de calor cerca de la TPC, seguido de una fase de recuperación. Para aprovechar estas características de mejora en la transferencia de calor del sCO2 y mejorar las eficiencias de intercambio de calor, es necesario identificar la ubicación del punto de estrangulación de la TPC y las variables que controlan estos efectos de flotabilidad. Para llenar este vacío, se llevaron a cabo simulaciones numéricas de sCO2 (en la entrada: 8.2 MPa, 265 K) en tubos circulares verticales de diámetros (D) de 0.2-2 mm, calentados con flujos de calor de pared constantes (Q) de 1-4 kW/m2 y números de Reynolds de entrada (Re) de 100 y 400. Se variaron las longitudes de los tubos para mantener una temperatura de salida de 320 K (TPC~309 K). Los resultados indicaron que se pueden esperar tasas de transferencia de calor laminar aumentadas por flotabilidad cuando Gr/Re2.7 > 10-4 (Gr = número de Grashof). Se propone una correlación del número de Nusselt modificado en términos de (Gr/Re) y se observa que se ajusta a las variaciones observadas dentro de un error porcentual absoluto medio < 15%, en la mayoría de las regiones.