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Modelado computacional de convección natural en medios porosos saturados con nanofluido: una investigación sobre fenómenos de transferencia de calor

Autores: Kramer Stajnko, Janja; Ravnik, Jure; Jecl, Renata; Nekrep Perc, Matja

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Modelado computacional de convección natural en medios porosos saturados con nanofluido: una investigación sobre fenómenos de transferencia de calor


Categoría

Matemáticas

Subcategoría

Matemáticas generales

Palabras clave

Estudio numérico
Convección natural
Medio poroso
Nanofluido
Método de elementos de contorno
Ecuación de momento de Darcy-Brinkman-Forchheimer

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 20

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Se realizó un estudio numérico para analizar el fenómeno de la convección natural en un medio poroso saturado con nanofluido. En el estudio, se utilizó el método de elementos de contorno para modelado computacional. El flujo de fluido a través de una matriz porosa se describe utilizando la ecuación de momento de Darcy-Brinkman-Forchheimer. Además, se utilizó un modelo matemático para nanofluidos, que sigue un enfoque de fase única y asume que las nanopartículas dentro de un fluido pueden tratarse como un fluido independiente con propiedades efectivas. Se utilizó una combinación de métodos de elementos de contorno de dominio único y subdominio para resolver el conjunto relevante de ecuaciones diferenciales parciales. El método se desarrolló originalmente para escenarios de flujo puro, pero también resulta efectivo en el contexto de flujo de fluido a través de medios porosos. Los resultados se calcularon para el caso de cavidades cuadradas bidimensionales y tridimensionales. Además de varios valores de parámetros de control adimensionales, incluido el número de Rayleigh poroso (Ra), número de Darcy (Da), porosidad () y fracciones de volumen de nanopartículas (), se investigaron los efectos del ángulo de inclinación de la cavidad en la transferencia de calor general (expresada por el número de Nusselt (Nu)) y las características del flujo de fluido. Los resultados indican una dependencia pronunciada de la transferencia de calor general en la introducción de nanopartículas y el ángulo de inclinación. La transferencia de calor en una cavidad bidimensional aumenta para valores más altos del número de Darcy en el régimen de flujo de conducción, mientras que se suprime para valores más bajos del número de Darcy en el régimen de flujo de Darcy. En el caso de una cavidad tridimensional, aumentar la fracción de volumen de nanopartículas conlleva una disminución en la transferencia de calor, y además, aumentar el ángulo de inclinación de la cavidad debilita considerablemente el flujo de flotabilidad.

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