Estudio Numérico de la Convección Térmica Rotacional en una Semiesfera
Autores: Fischer, Patrick; Bruneau, Charles-Henri; Kellay, Hamid
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Estudio Numérico de la Convección Térmica Rotacional en una Semiesfera
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Simulaciones
Rotación
Convección térmica
Hemisferio
Rotación
Burbuja de jabón
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
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Se presentan simulaciones numéricas de convección térmica turbulenta bidimensional rotativa en un hemisferio en este artículo. Experimentos previos sobre una burbuja de jabón en la mitad de un plato calentado se han utilizado para estudiar la convección térmica, así como los efectos de la rotación en una superficie curva. Aquí, se han utilizado dos métodos diferentes para producir la rotación del hemisferio: el término de rotación clásica añadido a la ecuación de velocidad y una condición de contorno de velocidad azimutal no nula. Este último método se adapta mejor a los experimentos con burbujas de jabón. Estos dos métodos de forzar la rotación del hemisferio inducen diferentes dinámicas de fluidos. Mientras que el primer método se utiliza clásicamente para describir experimentos de convección rotativa de Rayleigh-Bénard, el segundo método parece ser más adecuado para describir flujos rotativos donde una capa de cizallamiento puede ser dominante. Este es particularmente el caso cuando el fluido no está contenido en un recipiente cerrado y la rotación se impone solo en un lado de este. Se han utilizado cuatro diagnósticos diferentes para comparar los dos métodos: el número de Nusselt, el cálculo efectivo del flujo de calor convectivo, las fluctuaciones de velocidad y temperatura de la raíz cuadrada media (RMS) de la generación de tubos de vórtice alineados verticalmente (para evaluar las capas límite) y los espectros/fluxos de energía/enstrofía/temperatura. Observamos que la dinámica del flujo de calor convectivo está fuertemente inhibida por altas rotaciones para los dos métodos de forzado diferentes. Además, y contrariamente a los experimentos clásicos de convección rotativa de Rayleigh-Bénard en tres dimensiones, casi no se ha observado una mejora significativa del flujo de calor convectivo al añadir un término de rotación en la ecuación de velocidad. Sin embargo, rotaciones moderadas inducidas por condiciones de contorno de velocidad no nula inducen una mejora significativa del flujo de calor convectivo. Esta mejora está estrechamente relacionada con la presencia de una capa de cizallamiento y con la capa límite térmica justo por encima del ecuador.
Descripción
Se presentan simulaciones numéricas de convección térmica turbulenta bidimensional rotativa en un hemisferio en este artículo. Experimentos previos sobre una burbuja de jabón en la mitad de un plato calentado se han utilizado para estudiar la convección térmica, así como los efectos de la rotación en una superficie curva. Aquí, se han utilizado dos métodos diferentes para producir la rotación del hemisferio: el término de rotación clásica añadido a la ecuación de velocidad y una condición de contorno de velocidad azimutal no nula. Este último método se adapta mejor a los experimentos con burbujas de jabón. Estos dos métodos de forzar la rotación del hemisferio inducen diferentes dinámicas de fluidos. Mientras que el primer método se utiliza clásicamente para describir experimentos de convección rotativa de Rayleigh-Bénard, el segundo método parece ser más adecuado para describir flujos rotativos donde una capa de cizallamiento puede ser dominante. Este es particularmente el caso cuando el fluido no está contenido en un recipiente cerrado y la rotación se impone solo en un lado de este. Se han utilizado cuatro diagnósticos diferentes para comparar los dos métodos: el número de Nusselt, el cálculo efectivo del flujo de calor convectivo, las fluctuaciones de velocidad y temperatura de la raíz cuadrada media (RMS) de la generación de tubos de vórtice alineados verticalmente (para evaluar las capas límite) y los espectros/fluxos de energía/enstrofía/temperatura. Observamos que la dinámica del flujo de calor convectivo está fuertemente inhibida por altas rotaciones para los dos métodos de forzado diferentes. Además, y contrariamente a los experimentos clásicos de convección rotativa de Rayleigh-Bénard en tres dimensiones, casi no se ha observado una mejora significativa del flujo de calor convectivo al añadir un término de rotación en la ecuación de velocidad. Sin embargo, rotaciones moderadas inducidas por condiciones de contorno de velocidad no nula inducen una mejora significativa del flujo de calor convectivo. Esta mejora está estrechamente relacionada con la presencia de una capa de cizallamiento y con la capa límite térmica justo por encima del ecuador.