Se han imaginado muchas formas de aumentar la transferencia de calor en cavidades
diferencialmente calentadas. Una de ellas es añadir aletas a las paredes activas de la
cavidad. Muchos trabajos numéricos bidimensionales han considerado aletas horizontales
adheridas a las paredes caliente o fría. Estudios tridimensionales muestran aumentos de
transferencia de calor mucho más pronunciados que los bidimensionales.
En esta tesis se estudió el aumento de la transferencia de calor en un recinto cúbico
lleno de aire, mediante la colocación de un bloque paralelepípedo horizontal de sección
cuadrada centrado en la pared vertical caliente. En base a estudios anteriores se elige
un régimen netamente convectivo, con números de Rayleigh de 105 y 106
, y se asigna
al bloque una alta conductividad térmica. La razón entre las conductividades térmicas del
sólido y el fluido es de 1000. Se varían dos parámetros geométricos: longitud y lado de
la sección transversal del bloque. El sistema de ecuaciones de Navier-Stokes, continuidad
y energía, acoplado con la ecuación de la energía para el sólido se resuelve mediante el
método de volúmenes finitos.
A pequeñas dimensiones del bloque se establece un régimen regular, en que una
circulación barre la pared fría, las caras del cuerpo y la pared caliente. Si los lados de la
cara frontal son de dimensiones similares al lado de la cavidad, el comportamiento del flujo
se asemeja al de una cavidad estrecha, lo cual se acentúa cuando el bloque es largo, con
su cara frontal próxima a la pared fría. Dado que se restringe el flujo en la región frontal del
bloque, la distribución de temperatura pierde las características convectivas y se establece
un régimen conductivo (denominado singular), en el cual la transferencia de calor aumenta
a medida que la cara frontal se acerca a la pared fría.
En los casos regulares predomina la convección. Dado el carácter prácticamente
isotermo de la superficie añadida, la transferencia de calor es mayor que en el caso sin
divisores. Al aumentar el largo y el lado del bloque crece la transferencia de calor total
debido al aumento del área de transferencia de calor disponible. Se llega a un máximo
de transferencia de calor para lados de la sección transversal de 0.65 y 0.75 veces el
lado de la cavidad a los dos números de Rayleigh estudiados, y en las condiciones más
favorables alcanza un 60% de aumento con respecto a la cavidad sin divisor. A lados
mayores, comienza a ser crítico el efecto de bloqueo del flujo por el sólido, que restringe el
barrido de las caras del bloque, especialmente la superior. Los aumentos de transferencia
de calor obtenidos en esta tesis son los mayores encontrados hasta ahora en cavidades
de razón de aspecto unitaria.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/102157 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Garrido Escobar, Sandro Luis |
| Contributors | Frederick González, Ramón, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Ingeniería Mecánica, Valencia Musalem, Álvaro, Rivara Zúñiga, María Cecilia, Celentano, Diego Javier |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Chile, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/cl/ |
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