Evaluación de la transferencia de calor convectiva entre aletas con nuevas geometrías de generadores de vórtices longitudinales

Abstract

El estudio sobre los generadores de vórtices (GV) se ha visto en aumento desde las últimas décadas, esto principalmente por sus buenas propiedades y aplicaciones en ámbitos industriales y domésticos. En particular, estos elementos permiten mejorar el desempeño térmico de un sistema de transferencia de calor lo cual, desde un punto de vista industrial, abre la posibilidad de reducir costos operacionales y de fabricación de un determinado equipo térmico. Es de interés buscar nuevas geometrías para aportar al conocimiento científico y además, puedan ser mejores a las que ya existen. Es por ello que, el objetivo del presente estudio es estudiar la transferencia de calor de un flujo de aire externo confinado entre aletas paralelas con nuevas geometrías de generadores de vórtices. En particular, se estudia una geometría similar a una toma de aire de capot de automóvil y se propuso estudiarla paramétricamente a través de variaciones en longitudes características de la misma, tales como largos de desarrollo y ángulos de ataque obteniendo así 10 geometrías diferentes. Se utiliza además, una geometría tipo Rectángular Wnglet (RW) de referencia para comparar resultados térmicos e hidráulicos de las geometrías propuestas. La generación de geometrías va de la mano con la obtención de resultados de modo que exista feedback continuo para proponer nuevas geometrías de GV. El presente estudio se limita a una investigación CFD utilizando Ansys Fluent estudiando las geometrías descritas en rangos laminares y turbulentos. El modelo computacional considera estudio de sensibilidad del mallado que demuestran la independencia de los resultados. Además se valida el modelo con correlaciones para el número de Nusselt en placas paralelas planas y un estudio experimental para la geometría RW alcanzando diferencias máximas de órdenes de 12.3 \% y 11.9\% respectivamente permitiendo validar el modelo numérico computacional utilizado. Los resultados en términos generales exponen que mientras más estrecha sea la entrada de aire en el generador de vórtice, el número de Nusselt normalizado tiene tendencia creciente al igual que en el caso del coeficiente de fricción normalizado con respecto a un canal sin GV. Lo anterior desencadena en que el factor de rendimiento termohidráulico se ve disminuido. Por otro lado, al reducir el área de entrada al generador de vórtices se obtiene una reducción considerable tanto en el número de Nusselt como en el factor de fricción, ambos normalizados, no obstante, se obtiene un factor de rendimiento termohidráulico con tendencia creciente. Lo anterior se concluyó a partir del estudio de ángulos de ataque como también de la reducción de una longitud particular de la geometría.