Un Estudio Numérico de la Formación de Escarcha a partir de Aire Húmedo en Superficies de Placas Frías Horizontales Bajo Convección Natural
Autores: Yang, Zhengsheng; Shi, Fan; Li, Jiawang; Liu, Shukun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Un Estudio Numérico de la Formación de Escarcha a partir de Aire Húmedo en Superficies de Placas Frías Horizontales Bajo Convección Natural
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Anteriormente
Impulsado por cambio de fase
Modelo de escarcha
Convección natural
Placa fría
Datos experimentales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Basado en un modelo de helada impulsada por cambio de fase adimensional previamente propuesto, este estudio investiga numéricamente la formación de escarcha en una placa fría horizontal bajo convección natural utilizando un marco multiphase de Euler acoplado con transporte de especies. El modelo se valida contra datos experimentales, mostrando errores dentro del 5-18%; la máxima desviación de 17.07% ocurre a Tw = -25 gradosC, posiblemente debido a un aumento de la incertidumbre experimental a temperaturas muy bajas. Los resultados demuestran que temperaturas más bajas de la placa fría conducen a un mayor grosor de escarcha y a una mayor fracción de volumen de hielo. Una clave física es que bajo convección natural, la circulación convectiva local causa un aumento de la helada en los bordes de la placa, resultando en una no uniformidad espacial tanto en grosor como en densidad. El estudio cubre temperaturas de la placa fría de -10 gradosC a -25 gradosC a una humedad relativa del 60%. La tasa de crecimiento de escarcha y la densidad en ambos extremos de la placa fría superan las de la región central, y esta diferencia se intensifica con la disminución de la temperatura. Dentro de la capa de escarcha, la velocidad del aire húmedo es casi cero, mientras que la velocidad máxima ocurre cerca de los lados debido a la convección natural. Los resultados de la simulación muestran un buen acuerdo con los datos experimentales, confirmando la fiabilidad del modelo para escenarios de convección natural.
Descripción
Basado en un modelo de helada impulsada por cambio de fase adimensional previamente propuesto, este estudio investiga numéricamente la formación de escarcha en una placa fría horizontal bajo convección natural utilizando un marco multiphase de Euler acoplado con transporte de especies. El modelo se valida contra datos experimentales, mostrando errores dentro del 5-18%; la máxima desviación de 17.07% ocurre a Tw = -25 gradosC, posiblemente debido a un aumento de la incertidumbre experimental a temperaturas muy bajas. Los resultados demuestran que temperaturas más bajas de la placa fría conducen a un mayor grosor de escarcha y a una mayor fracción de volumen de hielo. Una clave física es que bajo convección natural, la circulación convectiva local causa un aumento de la helada en los bordes de la placa, resultando en una no uniformidad espacial tanto en grosor como en densidad. El estudio cubre temperaturas de la placa fría de -10 gradosC a -25 gradosC a una humedad relativa del 60%. La tasa de crecimiento de escarcha y la densidad en ambos extremos de la placa fría superan las de la región central, y esta diferencia se intensifica con la disminución de la temperatura. Dentro de la capa de escarcha, la velocidad del aire húmedo es casi cero, mientras que la velocidad máxima ocurre cerca de los lados debido a la convección natural. Los resultados de la simulación muestran un buen acuerdo con los datos experimentales, confirmando la fiabilidad del modelo para escenarios de convección natural.