Estudio de un bucle de circulación natural monofásico cuadrado utilizando el método de Lattice Boltzmann
Autores: Bocanegra, Johan Augusto; Marchitto, Annalisa; Misale, Mario
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Estudio de un bucle de circulación natural monofásico cuadrado utilizando el método de Lattice Boltzmann
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Bucles de circulación natural
Circuitos termohidráulicos
Aplicaciones de ingeniería
Método de Boltzmann en rejilla
Modelo numérico
Características de transferencia de calor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Los lazos de circulación natural son circuitos termohidráulicos utilizados para transportar calor desde una fuente a un sumidero en ausencia de una bomba, utilizando las fuerzas inducidas por la expansión térmica de un fluido de trabajo para circularlo. Los lazos de circulación natural tienen una amplia gama de aplicaciones en ingeniería, como en plantas de energía nuclear, sistemas solares y refrigeración geotérmica y electrónica. Se aplicó el Método de Lattice Boltzmann a la simulación de este sistema termohidráulico. Este método numérico tiene varias características interesantes para aplicaciones de ingeniería, como capacidades de paralelización o convergencia temporal directa. Se implementó y probó un modelo 2D de un mini-lazo de circulación natural de fase única con un pequeño diámetro interno bajo diferentes condiciones de operación siguiendo un enfoque de función de distribución doble (acoplando una red para el fluido y una red secundaria para el campo térmico). Se utilizó una relación analítica entre el número de Reynolds y el número de Grashof modificado para validar el modelo numérico. Se encontraron dos regímenes para la circulación, un régimen laminar para números de Reynolds bajos y un régimen no laminar caracterizado por un vórtice viajero cerca de las paredes del calentador y del enfriador. Ambos regímenes no presentaron inversión de flujo y se consideran estables. La recirculación del fluido puede explicar algunas de las características de transferencia de calor en cada régimen. Cambiar el número de Prandtl a un valor más alto afecta la respuesta transitoria, aumentando las oscilaciones de temperatura y velocidad antes de alcanzar el estado estacionario.
Descripción
Los lazos de circulación natural son circuitos termohidráulicos utilizados para transportar calor desde una fuente a un sumidero en ausencia de una bomba, utilizando las fuerzas inducidas por la expansión térmica de un fluido de trabajo para circularlo. Los lazos de circulación natural tienen una amplia gama de aplicaciones en ingeniería, como en plantas de energía nuclear, sistemas solares y refrigeración geotérmica y electrónica. Se aplicó el Método de Lattice Boltzmann a la simulación de este sistema termohidráulico. Este método numérico tiene varias características interesantes para aplicaciones de ingeniería, como capacidades de paralelización o convergencia temporal directa. Se implementó y probó un modelo 2D de un mini-lazo de circulación natural de fase única con un pequeño diámetro interno bajo diferentes condiciones de operación siguiendo un enfoque de función de distribución doble (acoplando una red para el fluido y una red secundaria para el campo térmico). Se utilizó una relación analítica entre el número de Reynolds y el número de Grashof modificado para validar el modelo numérico. Se encontraron dos regímenes para la circulación, un régimen laminar para números de Reynolds bajos y un régimen no laminar caracterizado por un vórtice viajero cerca de las paredes del calentador y del enfriador. Ambos regímenes no presentaron inversión de flujo y se consideran estables. La recirculación del fluido puede explicar algunas de las características de transferencia de calor en cada régimen. Cambiar el número de Prandtl a un valor más alto afecta la respuesta transitoria, aumentando las oscilaciones de temperatura y velocidad antes de alcanzar el estado estacionario.