Simulación de convección natural en un anillo hexagonal concéntrico utilizando el método de Boltzmann en la red combinado con el método de perfil suavizado
Autores: Alapati, Suresh
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Simulación de convección natural en un anillo hexagonal concéntrico utilizando el método de Boltzmann en la red combinado con el método de perfil suavizado
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Convección natural
Anillo hexagonal
Método de Boltzmann de red
Método de diferencias finitas
Contornos de temperatura
Número de Rayleigh
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 45
Citaciones: Sin citaciones
Este trabajo de investigación presenta resultados obtenidos de la simulación de convección natural dentro de un anillo hexagonal concéntrico utilizando el método de Boltzmann en la red (LBM). El flujo del fluido (campos de presión y velocidad) dentro del anillo se evalúa mediante LBM y se utiliza un método de diferencias finitas (FDM) para obtener el campo de temperatura. Las condiciones de contorno isotérmicas y de no deslizamiento en los bordes hexagonales se tratan con un método de perfil suave (SPM). Al principio, para validar la técnica de simulación actual, se simula un problema de referencia estándar de convección natural dentro de una cavidad cuadrada fría con un cilindro circular caliente. Posteriormente, se realizan simulaciones de convección natural dentro del anillo hexagonal para diferentes valores de la relación de aspecto (relación entre los tamaños de los hexágonos interno y externo) y el número de Rayleigh, Ra. Los resultados de la simulación se presentan en términos de isotermas (contornos de temperatura), líneas de corriente, distribuciones de temperatura y velocidad dentro del anillo. Los resultados muestran que la intensidad del flujo del fluido y el tamaño y número de pares de vórtices formados dentro del anillo dependen fuertemente de los valores de y Ra. Basándose en las isotermas concéntricas y en la baja intensidad del flujo del fluido a bajas Ra, se observa que la transferencia de calor dentro del anillo está dominada por el modo de conducción. Sin embargo, se observan múltiples zonas de circulación e isotermas distorsionadas en los altos Ra debido al fuerte flujo convectivo. Para evaluar aún más la precisión y robustez del esquema actual, los resultados de simulación actuales se comparan con los resultados proporcionados por el software comercial ANSYS-Fluent. Para todas las combinaciones de valores de y Ra, los resultados de simulación de patrones de líneas de corriente e isotermas, y distribuciones de temperatura y velocidad dentro del anillo están en muy buen acuerdo con los del software Fluent.
Descripción
Este trabajo de investigación presenta resultados obtenidos de la simulación de convección natural dentro de un anillo hexagonal concéntrico utilizando el método de Boltzmann en la red (LBM). El flujo del fluido (campos de presión y velocidad) dentro del anillo se evalúa mediante LBM y se utiliza un método de diferencias finitas (FDM) para obtener el campo de temperatura. Las condiciones de contorno isotérmicas y de no deslizamiento en los bordes hexagonales se tratan con un método de perfil suave (SPM). Al principio, para validar la técnica de simulación actual, se simula un problema de referencia estándar de convección natural dentro de una cavidad cuadrada fría con un cilindro circular caliente. Posteriormente, se realizan simulaciones de convección natural dentro del anillo hexagonal para diferentes valores de la relación de aspecto (relación entre los tamaños de los hexágonos interno y externo) y el número de Rayleigh, Ra. Los resultados de la simulación se presentan en términos de isotermas (contornos de temperatura), líneas de corriente, distribuciones de temperatura y velocidad dentro del anillo. Los resultados muestran que la intensidad del flujo del fluido y el tamaño y número de pares de vórtices formados dentro del anillo dependen fuertemente de los valores de y Ra. Basándose en las isotermas concéntricas y en la baja intensidad del flujo del fluido a bajas Ra, se observa que la transferencia de calor dentro del anillo está dominada por el modo de conducción. Sin embargo, se observan múltiples zonas de circulación e isotermas distorsionadas en los altos Ra debido al fuerte flujo convectivo. Para evaluar aún más la precisión y robustez del esquema actual, los resultados de simulación actuales se comparan con los resultados proporcionados por el software comercial ANSYS-Fluent. Para todas las combinaciones de valores de y Ra, los resultados de simulación de patrones de líneas de corriente e isotermas, y distribuciones de temperatura y velocidad dentro del anillo están en muy buen acuerdo con los del software Fluent.