Un Modelo Cuasi-Dimensional de Transferencia de Calor entre Estructuras Monolíticas Multi-Concéntricas
Autores: Kane, Seamus P.; Northrop, William F.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un Modelo Cuasi-Dimensional de Transferencia de Calor entre Estructuras Monolíticas Multi-Concéntricas
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía térmica
Palabras clave
Metálico
Monolito
Transferencia de calor
Simulaciones
Catalizador
Análisis paramétrico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Las estructuras de monolitos metálicos se utilizan a menudo en aplicaciones de reactores compactos debido a sus superiores propiedades de transferencia de calor y menor caída de presión en comparación con los monolitos cerámicos. Las reacciones endotérmicas como la reforma de vapor dependen en gran medida del calor suministrado externamente, lo que hace que los soportes altamente conductores sean especialmente útiles. Las simulaciones son invaluables para diseñar reactores efectivos con estructuras de soporte de catalizador complejas, pero convencionalmente son intensivas en recursos. Además, existen pocos experimentos dedicados a la transferencia de calor entre monolitos en la literatura previa. Para ampliar el conocimiento general sobre la transferencia de calor entre estructuras de monolitos metálicos, este trabajo investigó el intercambio de calor en monolitos concéntricos soldados a un manto común. Se desarrolló un modelo cuasi-dimensional computacionalmente económico y se utilizó para predecir la efectividad del intercambio de calor y la tasa intrínseca de transferencia de calor. El modelo utilizó un enfoque de volumen de control discretizado y geometrías simplificadas para reducir la intensidad computacional. El modelo se calibró con datos experimentales recolectados utilizando un banco de flujo en estado estacionario. Después de la calibración, se realizó un estudio paramétrico en el que se variaron la construcción del monolito y las condiciones de flujo. Un análisis paramétrico mostró que para velocidades y volúmenes de espacio de catalizador idénticos, la efectividad del intercambio de calor puede aumentar en un 43.2% y las tasas de transferencia de calor en un 44.8% simplemente aumentando la relación entre el área de superficie y el volumen del monolito. El enfoque descrito sirve como un marco alternativo para modelar intercambiadores de calor catalíticos sin una computación pesada y para igualar rápidamente las geometrías de los monolitos a su uso previsto y rango operativo.
Descripción
Las estructuras de monolitos metálicos se utilizan a menudo en aplicaciones de reactores compactos debido a sus superiores propiedades de transferencia de calor y menor caída de presión en comparación con los monolitos cerámicos. Las reacciones endotérmicas como la reforma de vapor dependen en gran medida del calor suministrado externamente, lo que hace que los soportes altamente conductores sean especialmente útiles. Las simulaciones son invaluables para diseñar reactores efectivos con estructuras de soporte de catalizador complejas, pero convencionalmente son intensivas en recursos. Además, existen pocos experimentos dedicados a la transferencia de calor entre monolitos en la literatura previa. Para ampliar el conocimiento general sobre la transferencia de calor entre estructuras de monolitos metálicos, este trabajo investigó el intercambio de calor en monolitos concéntricos soldados a un manto común. Se desarrolló un modelo cuasi-dimensional computacionalmente económico y se utilizó para predecir la efectividad del intercambio de calor y la tasa intrínseca de transferencia de calor. El modelo utilizó un enfoque de volumen de control discretizado y geometrías simplificadas para reducir la intensidad computacional. El modelo se calibró con datos experimentales recolectados utilizando un banco de flujo en estado estacionario. Después de la calibración, se realizó un estudio paramétrico en el que se variaron la construcción del monolito y las condiciones de flujo. Un análisis paramétrico mostró que para velocidades y volúmenes de espacio de catalizador idénticos, la efectividad del intercambio de calor puede aumentar en un 43.2% y las tasas de transferencia de calor en un 44.8% simplemente aumentando la relación entre el área de superficie y el volumen del monolito. El enfoque descrito sirve como un marco alternativo para modelar intercambiadores de calor catalíticos sin una computación pesada y para igualar rápidamente las geometrías de los monolitos a su uso previsto y rango operativo.