Implementación de CFD y Validación Preliminar de un Modelo de Ebullición Combinado (CBM) para Termosifones Cerrados de Dos Fases
Autores: trucl, Jure; Marn, Jure; Zadravec, Matej
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Implementación de CFD y Validación Preliminar de un Modelo de Ebullición Combinado (CBM) para Termosifones Cerrados de Dos Fases
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Transferencia de calor por cambio de fase
Termofluidos cerrados de dos fases
Modelo de Ebullición Combinado
Transferencia de calor conjugada
Investigación numérica
Ebullición
Condensación
Mecanismos de transferencia de calor
Modelo de ebullición en la pared
Dinámica de burbujas deslizantes
Condensación de película laminar
Cambio de fase en volumen
Mallas a escala de ingeniería
Pasos de tiempo
TPCT vertical
Referencia VOF-Lee
Cargas térmicas
Generación de vapor
Dinámica de bolsas de vapor
Condensación de película delgada
Desviaciones de temperatura
Evaporador
Secciones adiabáticas
Condensador
Físicamente consistente
Computacionalmente eficiente
Fenómenos de evaporación-condensación.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Predecir la transferencia de calor por cambio de fase en termofluidos cerrados de dos fases (TPCTs) representa un desafío significativo debido a la compleja interacción de los mecanismos de ebullición, condensación y transferencia de calor conjugada (CHT). Este estudio presenta una investigación numérica de un TPCT utilizando el Modelo de Ebullición Combinada (CBM) dentro de un marco de transferencia de calor conjugada (CHT). A diferencia de estudios previos de TPCT, el CBM integra un modelo de ebullición en pared basado en RPI mejorado con dinámica de burbujas deslizantes, un cierre de condensación de película laminar y un cambio de fase en masa tipo Lee en una única formulación consistente en energía adecuada para mallas y pasos de tiempo a escala de ingeniería. Basándonos en estas extensiones, demostramos el enfoque en un TPCT vertical con CHT completa y lo validamos contra experimentos y una referencia VOF-Lee. Las simulaciones para cargas térmicas que varían de 173 a 376 W capturan características clave del flujo, incluyendo la generación de vapor, la dinámica de los bolsillos de vapor y la condensación de película delgada, mientras que reducen las desviaciones de temperatura típicamente por debajo del 3% en las secciones del evaporador y adiabáticas y alrededor del 2 al 5% en el condensador. Los resultados confirman que el CBM proporciona un enfoque físicamente consistente y computacionalmente eficiente para predecir fenómenos de evaporación-condensación en TPCTs.
Descripción
Predecir la transferencia de calor por cambio de fase en termofluidos cerrados de dos fases (TPCTs) representa un desafío significativo debido a la compleja interacción de los mecanismos de ebullición, condensación y transferencia de calor conjugada (CHT). Este estudio presenta una investigación numérica de un TPCT utilizando el Modelo de Ebullición Combinada (CBM) dentro de un marco de transferencia de calor conjugada (CHT). A diferencia de estudios previos de TPCT, el CBM integra un modelo de ebullición en pared basado en RPI mejorado con dinámica de burbujas deslizantes, un cierre de condensación de película laminar y un cambio de fase en masa tipo Lee en una única formulación consistente en energía adecuada para mallas y pasos de tiempo a escala de ingeniería. Basándonos en estas extensiones, demostramos el enfoque en un TPCT vertical con CHT completa y lo validamos contra experimentos y una referencia VOF-Lee. Las simulaciones para cargas térmicas que varían de 173 a 376 W capturan características clave del flujo, incluyendo la generación de vapor, la dinámica de los bolsillos de vapor y la condensación de película delgada, mientras que reducen las desviaciones de temperatura típicamente por debajo del 3% en las secciones del evaporador y adiabáticas y alrededor del 2 al 5% en el condensador. Los resultados confirman que el CBM proporciona un enfoque físicamente consistente y computacionalmente eficiente para predecir fenómenos de evaporación-condensación en TPCTs.