Simulación del Método de Lattice Boltzmann con Pseudopotencial de Transferencia de Calor por Ebullición a Diferentes Temperaturas Reducidas
Autores: Guzella, Matheus dos Santos; Cabezas-Gómez, Luben
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Simulación del Método de Lattice Boltzmann con Pseudopotencial de Transferencia de Calor por Ebullición a Diferentes Temperaturas Reducidas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Transferencia de calor por ebullición
Modelado numérico
Dinámica de burbujas
Mecanismos de transferencia de calor
Humectabilidad de la superficie
Variación del ángulo de contacto
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La transferencia de calor por ebullición juega un papel crucial en diversas aplicaciones de ingeniería, requiriendo un modelado numérico preciso para capturar la dinámica de cambio de fase. Este estudio emplea el método de Boltzmann en red de pseudopotencial (LBM) para simular la transferencia de calor por ebullición a diferentes temperaturas reducidas, con el objetivo de proporcionar una comprensión más profunda de la dinámica de burbujas y los mecanismos de transferencia de calor. El marco LBM incorpora un enfoque de tiempo de relajación múltiple y la ecuación de estado de Peng-Robinson para mejorar la estabilidad numérica y la consistencia termodinámica. Se realizaron simulaciones para analizar la nucleación, el crecimiento y la separación de burbujas a través de diferentes temperaturas reducidas, considerando la influencia de la humectabilidad de la superficie, la tensión superficial y la aceleración gravitacional. Los resultados indican una fuerte dependencia del comportamiento de las burbujas en la temperatura reducida, afectando tanto el flujo de calor como los regímenes de ebullición. Los hallazgos numéricos muestran un razonable acuerdo con las predicciones teóricas y las tendencias experimentales, validando la efectividad del enfoque LBM para simulaciones de cambio de fase. Además, este estudio destaca el papel de la variación del ángulo de contacto en la modificación de las características de ebullición, enfatizando la necesidad de un modelado preciso de la interacción superficial. Los resultados de este trabajo contribuyen a avanzar en las metodologías computacionales para la transferencia de calor por ebullición, apoyando una mejor gestión térmica en aplicaciones industriales.
Descripción
La transferencia de calor por ebullición juega un papel crucial en diversas aplicaciones de ingeniería, requiriendo un modelado numérico preciso para capturar la dinámica de cambio de fase. Este estudio emplea el método de Boltzmann en red de pseudopotencial (LBM) para simular la transferencia de calor por ebullición a diferentes temperaturas reducidas, con el objetivo de proporcionar una comprensión más profunda de la dinámica de burbujas y los mecanismos de transferencia de calor. El marco LBM incorpora un enfoque de tiempo de relajación múltiple y la ecuación de estado de Peng-Robinson para mejorar la estabilidad numérica y la consistencia termodinámica. Se realizaron simulaciones para analizar la nucleación, el crecimiento y la separación de burbujas a través de diferentes temperaturas reducidas, considerando la influencia de la humectabilidad de la superficie, la tensión superficial y la aceleración gravitacional. Los resultados indican una fuerte dependencia del comportamiento de las burbujas en la temperatura reducida, afectando tanto el flujo de calor como los regímenes de ebullición. Los hallazgos numéricos muestran un razonable acuerdo con las predicciones teóricas y las tendencias experimentales, validando la efectividad del enfoque LBM para simulaciones de cambio de fase. Además, este estudio destaca el papel de la variación del ángulo de contacto en la modificación de las características de ebullición, enfatizando la necesidad de un modelado preciso de la interacción superficial. Los resultados de este trabajo contribuyen a avanzar en las metodologías computacionales para la transferencia de calor por ebullición, apoyando una mejor gestión térmica en aplicaciones industriales.