An

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Análisis Computacional de Flujo en Canal Abierto
con Módulos Generadores de Calor
Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas
y Matemáticas Departamento de Ingeniería Mecánica

• Profesor
• Álvaro Valencia
• Alumnos
• David Azocar Paredes
• Rodrigo Reyes Tapia
• ME717
• SEMESTRE OTOÑO 2004

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Literatura
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COMPUTATIONAL ANALYSIS OF TURBULENT FLUID FLOW
AND HEAT TRANSFER OVER AN ARRAY OF HEATED MODULES
USING TURBULENCE MODELS
4
(No Transcript)
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Resultados
6
Formulación del Problema
7
Geometría del Problema
8
Geometría del Problema

• Parametros del canal
• Altura del canal H10 cm
• Largo del canal Lt80 cm
• Largo de entrada Le8 cm
• Separación de módulos S17 S212 S312 S4 7 cm
• Alto del módulo L/B1, 0.75, 3 (B3 fijo)
• Calor generado qj 80

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Ecuaciones

• Ecuación de Continuidad
• Ecuación de N-S según X
• Ecuación de N-S según Y
• Ecuación de Energía

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Variables Adimensionales
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Definición del Caso
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Casos Estudiados

• Caso 0 v0.1 y L/B1.5
• Caso 1 v1 y L/B1.5
• Caso 2 v3 y L/B1.5
• Caso 3 v10 y L/B1.5
• Caso 4 v10 y L/B0.75
• Caso 5 v10 y L/B3

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Método Numérico
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Volúmenes Finitos

• El dominio de cálculo es dividido en volúmenes de
  control disjuntos. Cada uno rodea un nodo de la
  red. 
• Para obtener la ecuación discretizada se integra
  la ecuación diferencial sobre cada VC. De esta
  manera la ED cumple el principio de conservación
  en un volumen finito, tal como la ec. diferencial
  lo cumple en un volumen infinitesimal.

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Volúmenes Finitos

• P punto genérico
• E, W puntos vecinos este y oeste.
• Dx ancho del VC.
• e, w, caras del volumen de control, que rodea al
  punto genérico

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Discretización de Ecuación

• La ecuación se integra,
  obteniendo una ecuación de la forma
• Luego se discretiza, para obtener

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Interpolación

• Diferencias Centrales
• Aguas Arriba
• Esquema Exponencial
• Híbrido
• Ley de Potencia

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Ley de Potencia

• Este esquema se basa en interpolar T ,
  mediante una aproximación del esquema
  exponencial.
• Dicha aproximación se logra reemplazando la
  curva solución del esquema exponencial, por dos
  rectas y dos polinomios de quinto orden

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Algoritmo SIMPLEC

• 1.-Considerando el campo inicial de velocidades,
  se calculan los coeficientes de la ecuación de
  movimiento y luego se calculan las
  seudo-velocidades a partir de las ecuaciones de
  movimiento sin gradiente de presión.
• 2.-Con las seudo-velocidades se resuelve el campo
  de presiones usando la ecuación de continuidad.
  Con el campo de presiones obtenido se resuelven
  las ecuaciones de movimiento para determinar un
  nuevo campo de velocidad.
• 3.-Con el nuevo campo de velocidades, se resuelve
  nuevamente la ecuación de continuidad apara
  determinar el campo de correcciones de presión.
• 4.-A partir de las correcciones de presión, se
  corrige el campo de velocidades, obteniendo
  parámetros finales para ocupar en la ecuación de
  energía.
• 5.-Con estos datos se resuelve la ecuación de
  energía y se obtiene el campo de temperatura.
• 6.-Luego se determina si el número de Nusselt
  converge o no. Si el resultado de la iteración no
  converge a una cota requerida, el ciclo se repite
  desde el cálculo de los coeficientes de la
  ecuación de movimiento.
• 7.-Luego de lograr la convergencia, se incrementa
  el tiempo y se aplican de nuevo los pasos
  anteriores para obtener los campos de velocidad y
  temperatura en un nuevo instante de tiempo.

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Resultados
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Velocidades
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Caso 0
23
Caso 1
24
Caso 2
25
Caso 3
26
Caso 4
27
Caso 5
28
Isotermas
29
Caso 0
30
Caso 1
31
Caso 2
32
Caso 3
33
Caso 4
34
Caso 5
35
Nusselt
36
Caso 0
37
Caso 1
38
Caso 2
39
Caso 3
40
Caso 4
41
Caso 5
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Comparación con Literatura
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• Líneas de flujo obtenidas en la bibliografía

44

• Coeficiente de caída de presión

45

• Coeficientes de caída de presión obtenidos en la
  bibliografía

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Conclusiones
47

• El caso laminar presenta la mayor variación del
  Nusselt del primer modulo con respecto a los
  siguientes.
• Los casos turbulentos presentan Nusselt casi
  constante en los módulos.
• Al aumentar la altura de los módulos se generan
  mas turbulencias
• Con esto, la transferencia de calor aumenta.