Investigación Numérica del Flujo y la Transferencia de Calor sobre una Cavidad Superficial: Efecto de la Relación de Altura de la Cavidad
Autores: Abdel Aziz, Salem S.; Saber Salem Said, Abdel-Halim
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Investigación Numérica del Flujo y la Transferencia de Calor sobre una Cavidad Superficial: Efecto de la Relación de Altura de la Cavidad
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujo
Cavidades superficiales
Relación de altura
Transferencia de calor
Estructura de vórtice
Número de Nusselt
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El flujo sobre cavidades poco profundas se utiliza para modelar el campo de flujo y la transferencia de calor en un colector solar y en una variedad de aplicaciones de ingeniería. Se han realizado muchos estudios para demostrar el efecto de la relación de aspecto de la cavidad (AR), pero muy pocos estudios se han llevado a cabo para investigar el efecto de la relación de altura de la cavidad (HR) en el comportamiento del flujo en cavidades poco profundas. En este artículo, se obtienen numéricamente la estructura del campo de flujo y la transferencia de calor dentro de la cavidad poco profunda en 3D para dos categorías de relación de altura: HR = 0.0, 0.25, 0.5, 0.75 y 1.0 y HR = 1.25, 1.5, 1.75, 2.0, 2.25 y 2.5. Las ecuaciones gobernantes, continuidad, momento y energía se resuelven numéricamente utilizando el modelo de turbulencia estándar (K-). Se utiliza el código ANSYS FLUENT 14 CFD para realizar la simulación numérica basada en el método de volúmenes finitos. En este estudio, se fijan la relación de aspecto de la cavidad, AR = 5.0, y el número de Reynolds, Re = 3 x 10^5. La pared inferior de la cavidad se calienta con un flujo de calor constante y uniforme (q = 740 W/m2), mientras que se supone que las otras paredes son adiabáticas. Para el número de Reynolds actual y la geometría de la cavidad, se forma una estructura de vórtice única (región de recirculación) que ocupa la mayor parte del volumen de la cavidad. La forma y ubicación del vórtice difieren según la relación de altura. Se muestra un perfil de velocidad inversa a través de la región de recirculación cerca de la pared inferior de la cavidad en todas las relaciones de altura de la cavidad. Se muestran las líneas de corriente y los contornos de temperatura en el plano de simetría y la pared inferior de la cavidad. Se obtienen perfiles del coeficiente de presión estática local y del número de Nusselt a lo largo de la pared inferior de la cavidad, y se establece el número de Nusselt promedio para varias relaciones de altura. La relación de altura de la cavidad (HR) es un parámetro geométrico importante en cavidades poco profundas y juega un papel significativo en el comportamiento del flujo de la cavidad y las características de transferencia de calor. Los resultados indican dinámicas de flujo interesantes basadas en la relación de altura (HR), que incluyen un valor mínimo en el número de Nusselt promedio para HR ~ 1.75 y transiciones espaciales en la distribución del número de Nusselt local a lo largo de la pared inferior para diferentes HR.
Descripción
El flujo sobre cavidades poco profundas se utiliza para modelar el campo de flujo y la transferencia de calor en un colector solar y en una variedad de aplicaciones de ingeniería. Se han realizado muchos estudios para demostrar el efecto de la relación de aspecto de la cavidad (AR), pero muy pocos estudios se han llevado a cabo para investigar el efecto de la relación de altura de la cavidad (HR) en el comportamiento del flujo en cavidades poco profundas. En este artículo, se obtienen numéricamente la estructura del campo de flujo y la transferencia de calor dentro de la cavidad poco profunda en 3D para dos categorías de relación de altura: HR = 0.0, 0.25, 0.5, 0.75 y 1.0 y HR = 1.25, 1.5, 1.75, 2.0, 2.25 y 2.5. Las ecuaciones gobernantes, continuidad, momento y energía se resuelven numéricamente utilizando el modelo de turbulencia estándar (K-). Se utiliza el código ANSYS FLUENT 14 CFD para realizar la simulación numérica basada en el método de volúmenes finitos. En este estudio, se fijan la relación de aspecto de la cavidad, AR = 5.0, y el número de Reynolds, Re = 3 x 10^5. La pared inferior de la cavidad se calienta con un flujo de calor constante y uniforme (q = 740 W/m2), mientras que se supone que las otras paredes son adiabáticas. Para el número de Reynolds actual y la geometría de la cavidad, se forma una estructura de vórtice única (región de recirculación) que ocupa la mayor parte del volumen de la cavidad. La forma y ubicación del vórtice difieren según la relación de altura. Se muestra un perfil de velocidad inversa a través de la región de recirculación cerca de la pared inferior de la cavidad en todas las relaciones de altura de la cavidad. Se muestran las líneas de corriente y los contornos de temperatura en el plano de simetría y la pared inferior de la cavidad. Se obtienen perfiles del coeficiente de presión estática local y del número de Nusselt a lo largo de la pared inferior de la cavidad, y se establece el número de Nusselt promedio para varias relaciones de altura. La relación de altura de la cavidad (HR) es un parámetro geométrico importante en cavidades poco profundas y juega un papel significativo en el comportamiento del flujo de la cavidad y las características de transferencia de calor. Los resultados indican dinámicas de flujo interesantes basadas en la relación de altura (HR), que incluyen un valor mínimo en el número de Nusselt promedio para HR ~ 1.75 y transiciones espaciales en la distribución del número de Nusselt local a lo largo de la pared inferior para diferentes HR.