Desarrollo y validación experimental de un modelo matemático de convección forzada para un fluido interno en estado estable, incompresible y viscoso en régimen de flujo rotante con generadores de vórtices longitudinales

Abstract

El presente trabajo estudió el modelo de vorticidad de las ecuaciones de Navier-Stokes para incrementar la eficiencia de transferencia de calor en los procesos de intercambio entre un gas y liquido aprovechando la energía cinética del gas para utilizarla en la generación de turbulencia con la ayuda de dispositivos denominados generadores de vórtices lineales o GVL los cuales permiten crear mayor turbulencia en fluidos completamente desarrollados mediante micro variaciones de presiones al interior de un flujo cerrado. El análisis consta en ensayar la variable de número de dientes o winglets de los GVL’s mediante y su efecto en la transferencia de calor mediante dos modelos uno experimental y otro numérico con la ayuda de CFD en Fluent. Por un lado, tenemos el modelo experimental consta la construcción de un intercambiador de calor de tubos concéntricos de longitud efectiva 1.2 m para obtener datos de temperatura mediante 10 termocuplas y presión mediante transductores analógicos, ensayando los generadores de vórtices longitudinales con fluidos de trabajo entre gases de escape proporcionados por un motor de combustión interna y agua fría. El modelo de simulación CFD, se lo realizo bajo parámetros de independencia de malla y análisis de confiabilidad. Se determino que las variables como número de Nusselt o la intensidad de turbulencia tuvieron una mejora significativa del 27% frente a los intercambiadores convencionales.