Simulaciones Multi-escala de Euler-Euler del Flujo de Ebullición Interna con Transferencia de Calor Conjugada
Autores: Butaye, Edouard; Toutant, Adrien; Mer, Samuel
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Simulaciones Multi-escala de Euler-Euler del Flujo de Ebullición Interna con Transferencia de Calor Conjugada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Enfoque numérico
Flujo de ebullición
Tubo serpentino horizontal
NEPTUNE_CFD
Modelo de dos fluidos
Formalismo de Euler-Euler
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Se implementó un enfoque numérico para estudiar un flujo de ebullición en un tubo serpentino horizontal. Se utilizó un modelo de dos fluidos NEPTUNE_CFD para estudiar el comportamiento del refrigerante R141b en casos diabáticos. El modelo se basó en el formalismo Euler-Euler de las ecuaciones de Navier-Stokes, en el cual se resuelven las ecuaciones gobernantes para ambas fases del fluido en cada paso de tiempo. Se consideró la transferencia de calor conjugada entre la pared del tubo y el fluido a través de un acoplamiento con el software SYRTHES 4.3, que resuelve la conducción sólida en tres dimensiones. Se llevó a cabo un estudio de convergencia de malla, que encontró que era necesaria una resolución de 40 mallas por diámetro para nuestro caso. El enfoque fue validado mediante comparación con un estudio experimental de la literatura, basado en la reproducción fiel de las posiciones de las transiciones de régimen de flujo de dos fases en el dominio. Se utilizó un post-procesamiento original para desentrañar las características del flujo. Se analizaron los campos medios y RMS de la fracción de vacío, temperaturas y velocidades a lo largo del flujo en varias secciones, cuando se alcanzó la convergencia estadística. Se alcanzó un equilibrio térmico en el líquido saturado, pero no en la fase de vapor, debido a la dinámica del flujo y posiblemente a la presencia de gotas. Finalmente, se propuso un análisis térmico de la configuración. Se demostró el fuerte acoplamiento entre la distribución de temperatura en el sólido y los regímenes de flujo de dos fases en juego en el dominio del fluido.
Descripción
Se implementó un enfoque numérico para estudiar un flujo de ebullición en un tubo serpentino horizontal. Se utilizó un modelo de dos fluidos NEPTUNE_CFD para estudiar el comportamiento del refrigerante R141b en casos diabáticos. El modelo se basó en el formalismo Euler-Euler de las ecuaciones de Navier-Stokes, en el cual se resuelven las ecuaciones gobernantes para ambas fases del fluido en cada paso de tiempo. Se consideró la transferencia de calor conjugada entre la pared del tubo y el fluido a través de un acoplamiento con el software SYRTHES 4.3, que resuelve la conducción sólida en tres dimensiones. Se llevó a cabo un estudio de convergencia de malla, que encontró que era necesaria una resolución de 40 mallas por diámetro para nuestro caso. El enfoque fue validado mediante comparación con un estudio experimental de la literatura, basado en la reproducción fiel de las posiciones de las transiciones de régimen de flujo de dos fases en el dominio. Se utilizó un post-procesamiento original para desentrañar las características del flujo. Se analizaron los campos medios y RMS de la fracción de vacío, temperaturas y velocidades a lo largo del flujo en varias secciones, cuando se alcanzó la convergencia estadística. Se alcanzó un equilibrio térmico en el líquido saturado, pero no en la fase de vapor, debido a la dinámica del flujo y posiblemente a la presencia de gotas. Finalmente, se propuso un análisis térmico de la configuración. Se demostró el fuerte acoplamiento entre la distribución de temperatura en el sólido y los regímenes de flujo de dos fases en juego en el dominio del fluido.