Características de Transferencia de Calor de Termosifones Utilizados en Calentadores de Agua al Vacío
Autores: Lataoui, Zied; Benselama, Adel M.; Jemni, Abdelmajid
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Características de Transferencia de Calor de Termosifones Utilizados en Calentadores de Agua al Vacío
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Termofluidos
Tubo de calor
Cambio de fase
Condiciones de operación
Modelo de simulación
Transferencia de calor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Un termosyphon cerrado de dos fases (TPCT), un tubo de calor asistido por gravedad, es un transmisor de calor altamente eficiente que involucra un cambio de fase líquido-vapor. Se utiliza en muchas aplicaciones, incluyendo la dispersión de calor, la gestión y control térmico, y el ahorro de energía. El objetivo principal de este estudio es investigar los efectos de las condiciones de operación de un termosyphon utilizado en calentadores de agua solares. El estudio se centra particularmente en la influencia del ángulo de inclinación. Así, se desarrolla un modelo de simulación integral utilizando el enfoque de volumen de fluido (VOF). Se tienen en cuenta fenómenos complejos y relacionados, incluyendo el flujo de dos fases, el cambio de fase y el intercambio de calor. Para implementar el modelo, se utiliza una caja de herramientas CFD de código abierto basada en la formulación de volumen finito, OpenFOAM. El modelo se valida comparando los resultados numéricos con los datos experimentales de la literatura. Los resultados obtenidos muestran que el modelo de simulación es confiable para investigar los efectos de varias condiciones de operación en el comportamiento transitorio y en estado estacionario del termosyphon. De hecho, la creación, el crecimiento y la advección de burbujas pueden ser rastreados correctamente en el pozo líquido en el evaporador. También se discuten los efectos de las condiciones de operación diseñadas sobre los parámetros de transferencia de calor. En particular, se muestra que el ángulo de inclinación óptimo es de 60 grados para la temperatura de saturación intermedia (<50 gradosC) y de 90 grados para la temperatura de saturación mayor (>60 gradosC).
Descripción
Un termosyphon cerrado de dos fases (TPCT), un tubo de calor asistido por gravedad, es un transmisor de calor altamente eficiente que involucra un cambio de fase líquido-vapor. Se utiliza en muchas aplicaciones, incluyendo la dispersión de calor, la gestión y control térmico, y el ahorro de energía. El objetivo principal de este estudio es investigar los efectos de las condiciones de operación de un termosyphon utilizado en calentadores de agua solares. El estudio se centra particularmente en la influencia del ángulo de inclinación. Así, se desarrolla un modelo de simulación integral utilizando el enfoque de volumen de fluido (VOF). Se tienen en cuenta fenómenos complejos y relacionados, incluyendo el flujo de dos fases, el cambio de fase y el intercambio de calor. Para implementar el modelo, se utiliza una caja de herramientas CFD de código abierto basada en la formulación de volumen finito, OpenFOAM. El modelo se valida comparando los resultados numéricos con los datos experimentales de la literatura. Los resultados obtenidos muestran que el modelo de simulación es confiable para investigar los efectos de varias condiciones de operación en el comportamiento transitorio y en estado estacionario del termosyphon. De hecho, la creación, el crecimiento y la advección de burbujas pueden ser rastreados correctamente en el pozo líquido en el evaporador. También se discuten los efectos de las condiciones de operación diseñadas sobre los parámetros de transferencia de calor. En particular, se muestra que el ángulo de inclinación óptimo es de 60 grados para la temperatura de saturación intermedia (<50 gradosC) y de 90 grados para la temperatura de saturación mayor (>60 gradosC).