Análisis Numérico Vía ANSYS De Intercambiadores De Calor Con Mejora Pasiva: Casos De Estudio Densidad Del Mallado Y Modelo De Turbulencia

  • Miyer Javier Valdés Ortiz Departamento de Mecatrónica y Electromecánica, Facultad de Ingenierías, Instituto Tecnológico Metropolitano
  • Juan Gonzalo Ardila Marín Departamento de Mecatrónica & Electromecánica, Facultad de Ingenierías, Instituto Tecnológico Metropolitano
  • Adrián Felipe Martínez Pérez Departamento de Mecatrónica & Electromecánica, Facultad de Ingenierías, Instituto Tecnológico Metropolitano
  • Juan Diego Betancur Gómez Departamento de Mecatrónica & Electromecánica, Facultad de Ingenierías, Instituto Tecnológico Metropolitano

Resumen

Los intercambiadores de calor se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales determinando su funcionamiento, por lo tanto, se ha trabajado en diseños eficientes y fiables, y sus posibilidades de mejora han sido ampliamente estudiadas; lo anterior sumado al desarrollo actual de poderosos microprocesadores, ha justificado y promovido el empleo de la Dinámica de Fluidos computacional – CFD para estudiar las técnicas de mejora de estos dispositivos, aplicando diferentes modelos de turbulencia como k−ε o k−ω, con resultados aceptables. Pero el modelo no es la única variable que inciden en los resultados, se ha visto que la malla los afecta bastante, por eso durante este trabajo se estudia la incidencia del refinamiento de malla en los resultados alcanzados durante el análisis CFD de la transferencia de calor en intercambiadores empleando los modelos k−ε y k−ω; las simulaciones fueron desarrolladas con ANSYS© V17.0 en el Laboratorio de Modelado del grupo de investigación en Materiales Avanzados y Energía del Instituto Tecnológico Metropolitano de Medellín (MATyER-ITM). El estudio consistió en la búsqueda de convergencia en soluciones de mallas cada vez más finas comparando el número de Nusselt contra el número de elementos de malla para determinar dónde se vuelve innecesario el refinamiento, las simulaciones se corrieron con CFX© de ANSYS© y logró comprobarse efectivamente la incidencia del refinamiento en los resultados y en el tiempo y la necesidad de capacidad de cómputo. La validación de los modelos se realizó a partir de resultados experimentales reportados por Kumar en 2006, como lo propuso Di Piazza en 2010; encontrándose que el modelo k−ε estándar permite mayor ajuste de los resultados numéricos a los experimentales.

Citas

A. Zachár, “Analysis of coiled-tube heat exchangers to improve heat transfer rate with spirally corrugated wall,” Int. J. Heat Mass Transf., vol. 53, no. 19–20, pp. 3928–3939, Sep. 2010.

V. Kumar, S. Saini, M. Sharma, and K. D. P. Nigam, “Pressure drop and heat transfer study in tube-in-tube helical heat exchanger,” Chem. Eng. Sci., vol. 61, no. 13, pp. 4403–4416, Jul. 2006.

J. Ardila, D. Hincapié, and J. Casas, “Numerical models validation to correlations development for heat exchangers,” Actas Ing., vol. 1, pp. 164–168, 2015.

S. S. Pawar and V. K. Sunnapwar, “Experimental and CFD investigation of convective heat transfer in helically coiled tube heat exchanger,” Chem. Eng. Res. Des., vol. 92, no. 11, pp. 2294–2312, Nov. 2014.

I. Di Piazza and M. Ciofalo, “Numerical prediction of turbulent flow and heat transfer in helically coiled pipes,” Int. J. Therm. Sci., vol. 49, no. 4, pp. 653–663, Apr. 2010.
Publicado
2017-10-02
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VALDÉS ORTIZ, Miyer Javier et al. Análisis Numérico Vía ANSYS De Intercambiadores De Calor Con Mejora Pasiva: Casos De Estudio Densidad Del Mallado Y Modelo De Turbulencia. Revista CINTEX, [S.l.], v. 22, n. 1, p. 59-68, oct. 2017. ISSN 2422-2208. Disponible en: <http://www.pascualbravo.edu.co:5056/cintexpb/index.php/cintex/article/view/287>. Fecha de acceso: 22 apr. 2018
Sección
ARTÍCULOS DE INVESTIGACIÓN / RESEARCH PAPERS