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Estudio Numérico de la Dinámica de Gases y la Eliminación de Condensados en Modos de Recirculación Energéticamente Eficientes en Cabinas de Trenes

Autores: Panfilov, Ivan; Beskopylny, Alexey N.; Meskhi, Besarion; Podust, Sergei F.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Estudio Numérico de la Dinámica de Gases y la Eliminación de Condensados en Modos de Recirculación Energéticamente Eficientes en Cabinas de Trenes


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Humedad relativa
Temperatura
Velocidad
Presión atmosférica
Ruido
Condensación

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Mantener los valores de humedad relativa requeridos en la cabina del vehículo es una tarea importante del HVAC, junto con consideraciones relacionadas con la temperatura, velocidad, presión del aire y ruido. La desviación de los valores óptimos empeora el estado psico-fisiológico del conductor y afecta la eficiencia energética del tren. En este estudio, se construyó un modelo de formación y eliminación de película líquida en varias superficies de la cabina utilizando las ecuaciones hidrodinámicas fundamentales de Navier-Stokes. Se utilizó un modelo de transporte especial basado en la ecuación de difusión de vapor líquido para simular el ambiente de aire dentro de la cabina. La evaporación y condensación de las películas superficiales se simularon utilizando el modelo de película de Euler, que considera directamente las transiciones líquido-gas y gas-líquido. Se obtuvieron resultados numéricos utilizando las ecuaciones RANS y un modelo de turbulencia mediante el método de volúmenes finitos en Ansys CFD. Se construyeron campos conjugados de temperatura, velocidad y concentración de humedad para varios intervalos de tiempo, y se determinaron los valores de dependencia para los grosores de película en varias superficies en relación con el tiempo. La verificación se llevó a cabo en comparación con los datos experimentales, basados en el protocolo para medir los indicadores de microclima en los lugares de trabajo, aplicado a la cabina del tren: los rangos promedio abarcaron cambios de temperatura del 11% al 18%, y rangos de humedad relativa del 16% al 26%. La comparación con los resultados de otros estudios, sin considerar la transición de fase y la condensación, muestra que, para el modo cálido, la temperatura promedio del aire en la cabina con condensación es un 12.5% más baja que sin condensación, lo que está relacionado con el proceso de evaporación del líquido de las paredes calentadas. La diferencia en los valores de temperatura para el modelo con y sin condensación varió del -12.5% al +4.9%. Demostramos que, con un modo efectivo de eliminar la película de condensado de la superficie de la ventana, incluidos los modos de recirculación, el consumo de energía del sistema de control climático mejora significativamente, pero esto requiere una consideración más precisa de los parámetros termodinámicos y la humedad relativa. Así, considerar el modelo de condensación de humedad revela que esta variable puede afectar significativamente otros parámetros del microclima en las cabinas: en particular, la temperatura. Esto significa que debe ser considerada en la modelación numérica, junto con las ecuaciones básicas de transferencia de calor.

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