Análisis de fenómenos de transporte turbulento en la interacción de dos jets calentados a diferentes temperaturas

Abstract

El presente trabajo de título corresponde al análisis de la influencia de los términos de transporte de calor y momentum turbulentos, de las ecuaciones de Navier Stokes y del calor, en el confinamiento de una fuente de calor, que pudieran originar fugas de calor y gases en el uso de cortinas de aire con configuración Doble Jet Doble Flujo (DJ DF) como método de confinamiento al interior de túneles viales. Se estudiaron dos casos, considerando una cortina de aire DJ DF cuyo jet caliente está siempre en contacto con la zona confinada. Uno de ellos consiste en el uso del jet caliente con la mayor velocidad inicial de la configuración, y otro en que el jet frío posee la máxima velocidad inicial. Se realizó un estudio del campo, perfil y evolución en las zonas de capas de mezcla y línea central de la cortina, de los siguientes términos: esfuerzo de Reynolds, transportes axial y transversal de calor turbulentos, y sus derivadas parciales, las cuales evidencian su contribución en el incremento de flujo de momentum medio y de calor del flujo medio debido a fluctuaciones turbulentas. Dichos términos turbulentos fueron calculados con el método de diferencias finitas de orden O(h^4), utilizando datos numéricos extraídos de una simulación previa, que utilizó el modelo LES en ANSYS Fluent. Los esquemas forward , backward y central fueron aplicados en puntos extremos y central del dominio, respectivamente. Los resultados evidenciaron la existencia de un traspaso transversal de momentum y calor en niveles de la cortina de aire ubicados entre x/H=0.4 y 0.7, para ambos casos estudiados, siendo mayor en el del jet caliente más veloz. Esto, debido a peaks negativos en gráficos de evolución del transporte transversal de calor en capas de mezcla, que justificarían el intercambio de momentum y calor debido a fluctuaciones de las partículas fluidas. El rango de niveles mencionado coincide con la zona en donde ambos jets de la cortina se unifican para formar uno nuevo, con distintas características a los dos iniciales. La interacción entre ambos jets con distintas características termodinámicas disminuye la capacidad de confinamiento de la configuración propuesta. El análisis de transporte axial de calor muestra una inversión en el flujo de calor axial a partir de x/H=0.6 para el caso 1. Se concluye que la configuración que utiliza el jet frío de mayor velocidad inicial funciona un 60% mejor como barrera confinatoria respecto al caso del jet caliente más veloz. Se sugiere estudiar la influencia de los términos turbulentos en cortinas de aire inclinadas y analizar el paso de las partículas fluidas de manera de concluir sobre la naturaleza de los procesos de transporte de momentum responsables del esfuerzo de Reynolds.