Hidrodinámica en un recinto cuadrado calentado por ambos lados en régimen laminar bajo flujo de calor constante utilizando metodología de dinámica de fluidos computacional y aprendizaje profundo
Autores: Ganguli, Arijit A.; Deshpande, Sagar S.; Raval, Mehul S.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Hidrodinámica en un recinto cuadrado calentado por ambos lados en régimen laminar bajo flujo de calor constante utilizando metodología de dinámica de fluidos computacional y aprendizaje profundo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Convección natural
Recintos
Capas límite
Números de Rayleigh
Dinámica de Fluidos Computacional
Marco de DL
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La convección natural en recintos calentados por ambos lados es un tema de interés en diversas aplicaciones espaciales y de seguridad en reactores nucleares. La dinámica transitoria durante la convección natural en recintos depende críticamente de las capas límite a microescala y también de las escalas de tiempo del micromezcla. En el presente trabajo, se ha elegido un recinto cuadrado que opera a dos altos números de Rayleigh (Ra = 3.27 x 10^10 y Ra = 6.55 x 10^10, con agua como fluido de trabajo) para su estudio. Primero, se encontraron la velocidad y las escalas de tiempo utilizando simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para el recinto cuadrado con Ra 3.27 x 10^10 y se compararon con las leyes de escalado que actualmente las definen. Luego, se desarrolla una correlación empírica para la transferencia de calor para el rango de Ra (1.3 x 10^10 < Ra < 6.55 x 10^10). A continuación, se compara cualitativa y cuantitativamente un marco de trabajo DL existente (red de Descomposición Ortogonal Propia y Memoria a Largo Corto Plazo (POD-LSTM)) con los datos de CFD. Se eligieron los datos transitorios Ra = 6.55 x 10^10 para este propósito. Las leyes de escalado muestran una desviación del 30% en las predicciones de la longitud transitoria y las escalas de tiempo en comparación con las predicciones del modelo CFD y DL. Además, se han obtenido resultados precisos de hasta el 99.6% por parte del modelo DL en comparación con el modelo CFD. También se ha encontrado que el modelo DL requiere un orden de magnitud menos de tiempo que el requerido para una simulación CFD.
Descripción
La convección natural en recintos calentados por ambos lados es un tema de interés en diversas aplicaciones espaciales y de seguridad en reactores nucleares. La dinámica transitoria durante la convección natural en recintos depende críticamente de las capas límite a microescala y también de las escalas de tiempo del micromezcla. En el presente trabajo, se ha elegido un recinto cuadrado que opera a dos altos números de Rayleigh (Ra = 3.27 x 10^10 y Ra = 6.55 x 10^10, con agua como fluido de trabajo) para su estudio. Primero, se encontraron la velocidad y las escalas de tiempo utilizando simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para el recinto cuadrado con Ra 3.27 x 10^10 y se compararon con las leyes de escalado que actualmente las definen. Luego, se desarrolla una correlación empírica para la transferencia de calor para el rango de Ra (1.3 x 10^10 < Ra < 6.55 x 10^10). A continuación, se compara cualitativa y cuantitativamente un marco de trabajo DL existente (red de Descomposición Ortogonal Propia y Memoria a Largo Corto Plazo (POD-LSTM)) con los datos de CFD. Se eligieron los datos transitorios Ra = 6.55 x 10^10 para este propósito. Las leyes de escalado muestran una desviación del 30% en las predicciones de la longitud transitoria y las escalas de tiempo en comparación con las predicciones del modelo CFD y DL. Además, se han obtenido resultados precisos de hasta el 99.6% por parte del modelo DL en comparación con el modelo CFD. También se ha encontrado que el modelo DL requiere un orden de magnitud menos de tiempo que el requerido para una simulación CFD.