Simulación del Enfriamiento por Transpiración con Proceso de Cambio de Fase en Medios Porosos
Autores: Ghedira, Aroua; Lataoui, Zied; Benselama, Adel M.; Bertin, Yves; Jemni, Abdelmajid
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Simulación del Enfriamiento por Transpiración con Proceso de Cambio de Fase en Medios Porosos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Modelado de cambio de fase
Medios porosos
Enfriamiento por transpiración
Flujo de calor
Solucionador numérico
OpenFOAM
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La modelización de cambios de fase en medios porosos es uno de los desafíos importantes en muchos problemas de ingeniería esenciales, incluyendo la gestión térmica, la conservación o recuperación de energía y la transferencia de calor. Un método particularmente eficiente para disipar calor en un material poroso es la refrigeración por transpiración con cambio de fase. Es uno de los métodos de refrigeración más innovadores disponibles para eliminar el exceso de flujo de calor de componentes de motores como cámaras de combustión o palas de turbinas de gas. Sin embargo, hay una falta de comprensión profunda de los mecanismos interconectados involucrados en tal aplicación. En este trabajo, se construye un solucionador numérico innovador basado en el entorno OpenFOAM para explorar el proceso de cambio de fase en un medio poroso. Se aplican el método de volumen de fluido y el modelo de cambio de fase de Lee en este enfoque numérico. Se investigan y discuten los efectos de la tasa de flujo de masa del refrigerante, el flujo de calor y la porosidad de la estructura porosa sobre la distribución de temperatura y saturación. También se estudian los efectos tanto del flujo de calor externo como de la tasa de flujo de masa del refrigerante bajo porosidad fija. El cambio de fase se retrasa en la matriz porosa cuando se aumenta la cantidad de refrigerante inyectado. Esto reduce el área de las regiones de dos fases y vapor. Además, se obtiene un aumento considerable en la temperatura de la superficie superior cuando se incrementa por separado el flujo de calor de entrada o la porosidad.
Descripción
La modelización de cambios de fase en medios porosos es uno de los desafíos importantes en muchos problemas de ingeniería esenciales, incluyendo la gestión térmica, la conservación o recuperación de energía y la transferencia de calor. Un método particularmente eficiente para disipar calor en un material poroso es la refrigeración por transpiración con cambio de fase. Es uno de los métodos de refrigeración más innovadores disponibles para eliminar el exceso de flujo de calor de componentes de motores como cámaras de combustión o palas de turbinas de gas. Sin embargo, hay una falta de comprensión profunda de los mecanismos interconectados involucrados en tal aplicación. En este trabajo, se construye un solucionador numérico innovador basado en el entorno OpenFOAM para explorar el proceso de cambio de fase en un medio poroso. Se aplican el método de volumen de fluido y el modelo de cambio de fase de Lee en este enfoque numérico. Se investigan y discuten los efectos de la tasa de flujo de masa del refrigerante, el flujo de calor y la porosidad de la estructura porosa sobre la distribución de temperatura y saturación. También se estudian los efectos tanto del flujo de calor externo como de la tasa de flujo de masa del refrigerante bajo porosidad fija. El cambio de fase se retrasa en la matriz porosa cuando se aumenta la cantidad de refrigerante inyectado. Esto reduce el área de las regiones de dos fases y vapor. Además, se obtiene un aumento considerable en la temperatura de la superficie superior cuando se incrementa por separado el flujo de calor de entrada o la porosidad.