Estudio numérico de la transferencia de calor e identificación de vórtices entre dos placas a temperatura constante para flujos de aire turbulentos, con nuevas geometrías de generadores de vórtices longitudinales

Abstract

Los intercambiadores de calor compactos son dispositivos muy usados en la industria, tanto a nivel automotriz como en sistemas energéticos, es por esto que siempre se busca incrementar la eficiencia de estos sistemas aumentando el intercambio energético a través de generadores de vórtices longitudinales (GVL). A lo largo de los años han ido surgiendo nuevos tipos de GVL, pero su uso siempre se limita al canal de trabajo o al tipo de flujo que ingresa a este. En este estudio se utilizaran GVL clásicos y recientes para un mismo canal de trabajo y para flujos de aire desde transición a turbulentos y así poder comparar en igualdad de condiciones los distintos GVL y encontrar el mejor para estas condiciones. El objetivo principal de este trabajo es encontrar la geometría con mayor eficiencia dentro de 5 seleccionadas desde la literatura, con lo cual esta debe no tan solo mejorar sustancialmente la transferencia de calor sino que también mantener al mínimo la caída de presión en el canal, todo esto se puede evaluar a partir del factor de mejora termal (TEF). Para lograr este objetivo los objetivos específicos se enfocan en definir un canal de trabajo, ya que este debe ser para un caso de flujos turbulentos y generar una comparación para los distintos GVL a experimentar, utilizando el software de CFD: Ansys Fluent. Los resultados obtenidos muestran el comportamiento del TEF para todos los casos, incluyendo también resultados del número de Nusselt y del factor de fricción para cada GVL y para cada número de Reynolds. El resultado más importante es que todas las geometrías generan una mejor eficiencia en comparación con el canal vacío y que a medida que aumenta el número de Reynolds el número de Nusselt aumenta pero el factor de fricción decrece de manera potencial. Los resultados obtenidos, estos se pueden explicar porque la presencia de un obstáculo (GVL) hace que el flujo se desestabilice y adquiera velocidades transversales a la velocidad axial al canal, generando tubos de vórtices, claves para la convección horizontal. Finalmente, se concluye que la mejor geometría estudiada es el Delta Wing Normal, obteniendo un factor de mejora termal un 24 % mayor al caso con el canal vacío y que el máximo TEF de este GVL se encuentra para un Reynolds de 2800, osea un flujo en transición a la turbulencia.