Estudio numérico de los efectos de perforaciones en generadores de vórtices longitudinales en intercambiadores de calor bajo flujo turbulento

Abstract

La obra de este trabajo de título se desarrolla en torno a los intercambiadores de calor y como poder aumentar su eficiencia, para esto se simularan los generadores de vórtices con perforaciones. El implementar los orificios en las geometrías, se basa en la hipótesis de su utilidad para disminuir la perdida de carga por detrás de los generadores, al mismo tiempo que se incrementa el calor transferido por los vórtices. Como objetivo del trabajo se busca evaluar térmicamente el flujo de aire desarrollado en las simulaciones CFD, se realizarán comparaciones con geometrías ya probadas en investigaciones anteriores. Estos GVL son el delta winglet pair (DWP) y el curved delta winglet pair (CDWP), a los cuales se estudiaran con dos diámetros de perforación 5[mm] y 8.5[mm]. Al realizar la distinción entre los casos, se encuentran comportamientos parecidos y otros diferentes. Todos los modelos estudiados comparten el comportamiento usual de los GVL, mezclado entre capas, adelgazamiento de la capa límite y turbulencia. Estos comportamientos permiten producir peaks en la transferencia de calor. Pero lo importante son las diferencias, principalmente con los generadores con perforaciones. Si bien, existen diferencias en cuanto al aumento térmico, estas no son significativas, lo que realmente marca la diferencia son el efecto de las perforaciones sobre las pérdidas de carga. El factor de fricción (causante del las pérdidas) decae en cuanto mayor es el diámetro sin sacrificar el aumento térmico en comparación a los casos sin perforación. El generador que obtuvo mejores resultados fue el generador curvo con perforación de 8.5 [mm] en todos los escenarios evaluados, con un promedio de 33\%. Se evaluó el resultado al extender la cantidad de filas dentro del intercambiador (3 filas de CDWPH 8.5 [mm]), obteniendo una transferencia de calor mayor que cualquiera de los otros casos con un único generador, del mismo modo, se elevaron las perdidas de carga, hasta valores cercanos al de los generadores planos. Como resultado final, el rendimiento volvió a elevarse, esta vez por una mejor relación de transferencia de calor donde el rendimiento promedio fue de 39\%.