Dependencia del Número de Nusselt en el Factor de Fricción en el Flujo de Deslizamiento en la Frontera de un Líquido Newtoniano Entre Placas Paralelas
Autores: Kota, Krishna; Kuravi, Sarada; Jayaramu, Prasanna
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Dependencia del Número de Nusselt en el Factor de Fricción en el Flujo de Deslizamiento en la Frontera de un Líquido Newtoniano Entre Placas Paralelas
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía térmica
Palabras clave
Relación
Número de Nusselt
Factor de fricción
Deslizamiento en la frontera
Transferencia de calor
Procedimientos experimentales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio exploró la relación entre el número de Nusselt y el factor de fricción en el flujo laminar con deslizamiento de frontera de un líquido newtoniano entre placas paralelas. Además, se desarrollaron ecuaciones simplificadas para estimar dos parámetros clave: la velocidad de deslizamiento y el salto de temperatura, ambos difíciles de medir en entornos experimentales. Los objetivos principales de investigar la relación entre el número de Nusselt y el factor de fricción fueron dos: (1) descubrir la conexión matemática (o analogía) previamente desconocida entre la transferencia de momento y la transferencia de calor en presencia de deslizamiento de frontera y (2) permitir predicciones de la caída de presión o del coeficiente de transferencia de calor midiendo solo una de estas cantidades, simplificando así los procedimientos experimentales. Considerando la dificultad de realizar experimentos de este tipo de flujo (como se describe en la literatura publicada), se utilizó un modelo numérico basado en elementos finitos construido en el software COMSOL Multiphysics para validar la relación teóricamente desarrollada en un amplio rango de números de Reynolds y valores de deslizamiento de frontera. Si bien las modificaciones de superficie como hoyuelos, protuberancias y nervaduras suelen modificar tanto el número de Nusselt como la caída de presión, lo que lleva a su aumento para un fluido dado y un número de Reynolds de entrada constante, su comportamiento cambia cuando está presente el deslizamiento de frontera, particularmente en casos donde hay un bajo salto de temperatura en la pared. El análisis identificó un umbral específico para el salto de temperatura adimensional por debajo del cual el número de Nusselt con deslizamiento de frontera superará 8.235. Además, el análisis mostró que para que el número de Nusselt supere 8.235, la velocidad de deslizamiento no dimensional debe ser al menos 3.19 veces mayor que el salto de temperatura no dimensional. Esto significa que la velocidad de deslizamiento tiene que ser significativamente mayor que el salto de temperatura para lograr una transferencia de calor mejorada en flujos con deslizamiento de frontera.
Descripción
Este estudio exploró la relación entre el número de Nusselt y el factor de fricción en el flujo laminar con deslizamiento de frontera de un líquido newtoniano entre placas paralelas. Además, se desarrollaron ecuaciones simplificadas para estimar dos parámetros clave: la velocidad de deslizamiento y el salto de temperatura, ambos difíciles de medir en entornos experimentales. Los objetivos principales de investigar la relación entre el número de Nusselt y el factor de fricción fueron dos: (1) descubrir la conexión matemática (o analogía) previamente desconocida entre la transferencia de momento y la transferencia de calor en presencia de deslizamiento de frontera y (2) permitir predicciones de la caída de presión o del coeficiente de transferencia de calor midiendo solo una de estas cantidades, simplificando así los procedimientos experimentales. Considerando la dificultad de realizar experimentos de este tipo de flujo (como se describe en la literatura publicada), se utilizó un modelo numérico basado en elementos finitos construido en el software COMSOL Multiphysics para validar la relación teóricamente desarrollada en un amplio rango de números de Reynolds y valores de deslizamiento de frontera. Si bien las modificaciones de superficie como hoyuelos, protuberancias y nervaduras suelen modificar tanto el número de Nusselt como la caída de presión, lo que lleva a su aumento para un fluido dado y un número de Reynolds de entrada constante, su comportamiento cambia cuando está presente el deslizamiento de frontera, particularmente en casos donde hay un bajo salto de temperatura en la pared. El análisis identificó un umbral específico para el salto de temperatura adimensional por debajo del cual el número de Nusselt con deslizamiento de frontera superará 8.235. Además, el análisis mostró que para que el número de Nusselt supere 8.235, la velocidad de deslizamiento no dimensional debe ser al menos 3.19 veces mayor que el salto de temperatura no dimensional. Esto significa que la velocidad de deslizamiento tiene que ser significativamente mayor que el salto de temperatura para lograr una transferencia de calor mejorada en flujos con deslizamiento de frontera.