Comparación de Modelos de Turbulencia Bi y Tridimensionales para Recintos Calentados por Debajo

Abstract

El estudio, tanto numérico como experimental, de la transferencia de calor y masa en desalinizadores indica que el régimen de flujo es turbulento. La literatura reporta que para estos casos los modelos que mejor describen el comportamiento fluido-dinámico en el recinto son: DNS, TRANS y LES. Nuestro grupo de trabajo ha modelado el problema de convección natural en recintos calentados por debajo, en distintas geometrías (triangular, rectangular y trapezoidal) utilizando códigos computacionales restringidos a casos bidimensionales. Para todas las geometrías estudiadas a altos valores de Ra (mayores que 107) se ha observado oscilaciones en la evolución temporal del número de Nusselt, este comportamiento podría deberse a que el régimen a estos valores de Ra ya no sea laminar sino turbulento o bien a que la bidimensionalidad impuesta al problema no es la adecuada. El objetivo del presente trabajo es aplicar distintos modelos de turbulencia (RANS y LES) al problema de convección natural en recintos aplanados, calentados por debajo. Los saltos de temperatura impuestos varían de 10žC a 40žC, se ha considerado una cavidad de altura 0.2, Pr=0.7. Para implementar los modelos de turbulencia, se han incorporado o modificado módulos computacionales a fin de adaptar librerías existentes en un programa de cálculo (OPENFOAM) con capacidad para resolver problemas tridimensionales. Se analiza la transferencia de calor en las paredes inferior y superior a través de los perfiles de temperatura sobre líneas en las direcciones más representativas. En particular, para la simulación tridimensional se describen los patrones de flujo en distintos planos verticales, los cuales se comparan con los resultados obtenidos para caso bidimensional.