Modelado de Orden Reducido Basado en Datos del Transferencia de Calor Convectivo en Medios Porosos
Autores: German, Péter; Tano, Mauricio E.; Fiorina, Carlo; Ragusa, Jean C.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Modelado de Orden Reducido Basado en Datos del Transferencia de Calor Convectivo en Medios Porosos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Modelo de orden reducido basado en datos
Transferencia de calor convectiva paramétrica
Medios porosos
Descomposición Ortogonal Propia
Navier-Stokes promediado por Reynolds
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Este trabajo presenta un Modelo de Orden Reducido (ROM) basado en datos para problemas de transferencia de calor convectiva paramétrica en medios porosos. Se emplea la técnica intrusiva de Descomposición Ortogonal Propia asistida por Base Reducida (POD-RB) para reducir la formulación del medio poroso de las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) acopladas con transferencia de calor. En lugar de resolver la configuración de flujo exacta con alta fidelidad, la formulación del medio poroso resuelve un flujo homogeneizado en el que las interacciones fluido-estructura se capturan a través de resistencias de flujo volumétrico con correlaciones de fricción no lineales y semiempíricas. Se implementa un enfoque de supremización para la estabilización de las ecuaciones de dinámica de fluidos reducidas. Las resistencias de flujo no lineales reducidas se tratan utilizando el Método de Interpolación Empírica Discreta (DEIM), mientras que la viscosidad y difusividad turbulentas se aproximan adoptando un enfoque basado en la interpolación de Funciones de Base Radial (RBF). El método propuesto se prueba utilizando un modelo numérico 2D del Reactor Rápido de Sal Fundida (MSFR), que implica la simulación de regiones tanto limpias como de medio poroso en el mismo dominio. Para el ejemplo en estado estacionario, se consideran cinco parámetros del modelo como inciertos: la magnitud de la fuerza de bombeo, la temperatura del refrigerante externo, el coeficiente de transferencia de calor, el coeficiente de expansión térmica y el número de Prandtl. Para escenarios transitorios, por otro lado, el tiempo de desaceleración de la bomba es el único parámetro incierto. Los resultados indican que los POD-RB-ROM son adecuados para la reducción de problemas similares. Los errores relativos L2 están por debajo del 3.34% para cada campo de interés en todos los casos analizados, mientras que los factores de aceleración varían entre 54 (transitorio) y 40,000 (estado estacionario).
Descripción
Este trabajo presenta un Modelo de Orden Reducido (ROM) basado en datos para problemas de transferencia de calor convectiva paramétrica en medios porosos. Se emplea la técnica intrusiva de Descomposición Ortogonal Propia asistida por Base Reducida (POD-RB) para reducir la formulación del medio poroso de las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) acopladas con transferencia de calor. En lugar de resolver la configuración de flujo exacta con alta fidelidad, la formulación del medio poroso resuelve un flujo homogeneizado en el que las interacciones fluido-estructura se capturan a través de resistencias de flujo volumétrico con correlaciones de fricción no lineales y semiempíricas. Se implementa un enfoque de supremización para la estabilización de las ecuaciones de dinámica de fluidos reducidas. Las resistencias de flujo no lineales reducidas se tratan utilizando el Método de Interpolación Empírica Discreta (DEIM), mientras que la viscosidad y difusividad turbulentas se aproximan adoptando un enfoque basado en la interpolación de Funciones de Base Radial (RBF). El método propuesto se prueba utilizando un modelo numérico 2D del Reactor Rápido de Sal Fundida (MSFR), que implica la simulación de regiones tanto limpias como de medio poroso en el mismo dominio. Para el ejemplo en estado estacionario, se consideran cinco parámetros del modelo como inciertos: la magnitud de la fuerza de bombeo, la temperatura del refrigerante externo, el coeficiente de transferencia de calor, el coeficiente de expansión térmica y el número de Prandtl. Para escenarios transitorios, por otro lado, el tiempo de desaceleración de la bomba es el único parámetro incierto. Los resultados indican que los POD-RB-ROM son adecuados para la reducción de problemas similares. Los errores relativos L2 están por debajo del 3.34% para cada campo de interés en todos los casos analizados, mientras que los factores de aceleración varían entre 54 (transitorio) y 40,000 (estado estacionario).