Estudio del desempeño de un intercambiador de calor bajo los efectos de la interacción de vórtices longitudinales y transversales

Abstract

En este trabajo se simulan diferentes modelos de intercambiadores de calor de tubos y aletas, mediante ANSYS Fluent. Se varía la geometría de aleta y se comparan las configuraciones en términos de aumento de la transferencia de calor y caída de presión. El objetivo principal de este trabajo consiste en estudiar la transferencia de calor de un flujo de aire al pasar por un intercambiador de calor de aletas onduladas y generadores de vórtice (GV), utilizando un modelo computacional. Para lograr esto, primero se diseña y aplica un modelo de validación y se establece la independencia de malla. Luego, se diseñan los modelos a estudiar, y se procede a realizar las simulaciones en ANSYS Fluent. Posteriormente, se realiza un análisis de los resultados para determinar los parámetros de las geometrías combinadas. Una vez determinadas, se vuelve a simular para obtener resultados adicionales. Finalmente, se analizan los datos obtenidos y se concluye. Se alcanza la validación del modelo, presentando diferencias porcentuales máximas respecto de los datos experimentales, para el número de Nusselt Nu y el factor de fricción f de un 13,6% y un 2,35%, respectivamente. También se establece la independencia de malla, consiguiendo diferencias porcentuales máximas de un 2,55% y un 4,91% para el número de Nusselt Nu y el factor de fricción f, respectivamente, entre el mallado medio y el mallado fino. Dentro de las configuraciones estudiadas, la que presenta el mayor aumento de la transferencia de calor, respecto de la configuración con aletas planas, corresponde a la configuración con aletas onduladas con una ondulación de 30◦ . Lo anterior, se traduce en un aumento máximo del Nusselt Nu de un 183% a un Reynolds ReDh = 2000. Para la caída de presión, la configuración que presenta el mayor aumento, respecto de la configuración de aletas planas, corresponde a la configuración de aletas onduladas a 30◦ y 6 GV longitudinales por fila, con un aumento máximo para el factor de fricción f de 1134%, a un ReDh = 2000. Se concluye que, en términos de aumento de la transferencia de calor, la configuración estudiada que mejor desempeño presenta corresponde a la que tiene una ondulación de 30◦ en sus aletas. Según el comportamiento fluido dinámico, la configuración que presenta mejor desempeño es la combinada de aletas con 20◦ de ondulación y 6 GV longitudinales por fila.