Un Análisis de Elementos Finitos en Malla Móvil 2D de la Transferencia de Calor en Suelos Árticos
Autores: Wilber, Michelle; Hailu, Getu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un Análisis de Elementos Finitos en Malla Móvil 2D de la Transferencia de Calor en Suelos Árticos
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía térmica
Palabras clave
Modelos de transferencia de calor en el suelo
ártico
Modelo numérico
Temperaturas
Profundidades de descongelación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
Se necesitan modelos precisos de transferencia de calor en el suelo para predecir y adaptarse a un ártico en calentamiento. Se desarrolló un modelo numérico para predecir con precisión las temperaturas y las profundidades de descongelación en los suelos, tanto con la profundidad como con la distancia horizontal desde características como acantilados, utilizando Matlab y el método de elementos finitos. El modelo fue validado contra soluciones analíticas de versiones simples del problema y datos experimentales de temperatura de cuerdas de termistores de perforación en la costa norte de Alaska. El modelo actual es más útil para predicciones a corto plazo (del orden de días) de la profundidad de descongelación y las temperaturas cercanas a la superficie en suelos homogéneos con datos existentes que permiten la calibración de parámetros térmicos del suelo. Estas son exactamente las escalas de tiempo y capacidades que se integrarían bien con modelos de erosión para predecir la erosión durante eventos de tormenta y condiciones de descongelación en verano. Las comparaciones con soluciones analíticas muestran que el modelo es bastante preciso en las predicciones de temperaturas, profundidades de descongelación y temperaturas, dentro de aproximadamente 0.25 grados C y 0.02 m respectivamente, para parámetros de suelo ártico razonables. Las diferencias entre las temperaturas y profundidades de descongelación predichas y los datos de perforación de la Isla Barter, Alaska, están dentro de aproximadamente 1 grado C y 0.5 m respectivamente. La comparación con software comercial, que no rastrea ni mueve directamente el límite de cambio de fase, muestra que este modelo de malla móvil tiene un mejor acuerdo. El modelo desarrollado en este trabajo es flexible y puede ser modificado para modelar una amplia variedad de problemas, pero está configurado de manera eficiente para tomar un perfil de superficie y límite de descongelación (no necesariamente horizontal) y utilizar parámetros del suelo y condiciones de frontera superficial apropiadas para las regiones árticas. Se ha verificado que modela adecuadamente los acantilados, que son particularmente vulnerables a la erosión.
Descripción
Se necesitan modelos precisos de transferencia de calor en el suelo para predecir y adaptarse a un ártico en calentamiento. Se desarrolló un modelo numérico para predecir con precisión las temperaturas y las profundidades de descongelación en los suelos, tanto con la profundidad como con la distancia horizontal desde características como acantilados, utilizando Matlab y el método de elementos finitos. El modelo fue validado contra soluciones analíticas de versiones simples del problema y datos experimentales de temperatura de cuerdas de termistores de perforación en la costa norte de Alaska. El modelo actual es más útil para predicciones a corto plazo (del orden de días) de la profundidad de descongelación y las temperaturas cercanas a la superficie en suelos homogéneos con datos existentes que permiten la calibración de parámetros térmicos del suelo. Estas son exactamente las escalas de tiempo y capacidades que se integrarían bien con modelos de erosión para predecir la erosión durante eventos de tormenta y condiciones de descongelación en verano. Las comparaciones con soluciones analíticas muestran que el modelo es bastante preciso en las predicciones de temperaturas, profundidades de descongelación y temperaturas, dentro de aproximadamente 0.25 grados C y 0.02 m respectivamente, para parámetros de suelo ártico razonables. Las diferencias entre las temperaturas y profundidades de descongelación predichas y los datos de perforación de la Isla Barter, Alaska, están dentro de aproximadamente 1 grado C y 0.5 m respectivamente. La comparación con software comercial, que no rastrea ni mueve directamente el límite de cambio de fase, muestra que este modelo de malla móvil tiene un mejor acuerdo. El modelo desarrollado en este trabajo es flexible y puede ser modificado para modelar una amplia variedad de problemas, pero está configurado de manera eficiente para tomar un perfil de superficie y límite de descongelación (no necesariamente horizontal) y utilizar parámetros del suelo y condiciones de frontera superficial apropiadas para las regiones árticas. Se ha verificado que modela adecuadamente los acantilados, que son particularmente vulnerables a la erosión.