Influencia de los modelos de turbulencia, densidad, cambio de fase e interfaz en la simulación numérica de un termosifón cerrado de dos fases

Palabras clave: Termosifón, simulación numérica, tubo de calor, cambio de fase, Dinámica de Fluidos Computacional

Resumen

Un tubo de calor puede ser considerado como un dispositivo con alta conductividad térmica, el cual es frecuentemente usado en procesos de transferencia de calor para garantizar una alta eficiencia energética. Además, la operación de los tubos de calor comprende diferentes fenómenos de transferencia de calor y masa, como cambio de fase, conducción y convección, interacciones sólido-líquido y vapor-líquido, evaporación y ebullición nucleada, además de otras. Por lo tanto, el modelado de los tubos de calor es un proceso de alta complejidad, el cual requiere el conocimiento del fenómeno físico allí presente para escoger los modelos teóricos adecuados, logrando así, obtener una representación aceptable de los procesos de transferencia de masa y energía que naturalmente se presentan. En este trabajo, algunos modelos y parámetros disponibles en el software ANSYS Fluent como el modelo de viscosidad, densidad, cambio de fase e interfaz entre fases fueron analizados para determinar su influencia sobre la predicción de la transferencia de masa y energía en un termosifón cerrado de dos fases. Los resultados numéricos mostraron que, usar un modelo de viscosidad turbulenta no es necesario, un modelo de densidad variable mejora la distribución de la temperatura y que un modelo de interfaz Sharp es altamente recomendado en estos procesos.

Biografía del autor/a

David Gamboa*, Instituto Tecnológico Metropolitano, Colombia

Tecnólogo en Electromecánica, Facultad de Ingenierías, Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín- Colombia, davidgamboa245692@correo.itm.edu.co

Bernardo Herrera , Instituto Tecnológico Metropolitano, Colombia

PhD. Engineering, Facultad de Ingenierías, Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín- Colombia, bernardoherrera@itm.edu.co

Referencias bibliográficas

A. Alizadehdakhel; M. Rahimi; A. Abdulaziz Alsairafi, “CFD modeling of flow and heat transfer in a thermosyphon,” Int. Commun. Heat Mass Transf., vol. 37, no. 3, pp. 312–318, Mar. 2010. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2009.09.002

B. Fadhl; L. C. Wrobel; H. Jouhara, “Numerical modelling of the temperature distribution in a two-phase closed thermosyphon,” Appl. Therm. Eng., vol. 60, no. 1–2, pp. 122–131, Oct. 2013. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.06.044

K. Kerrigan; H. Jouhara; G. E. O’Donnell; A. J. Robinson, “Heat pipe-based radiator for low grade geothermal energy conversion in domestic space heating,” Simul. Model. Pract. Theory, vol. 19, no. 4, pp. 1154–1163, Apr. 2011. https://doi.org/10.1016/j.simpat.2010.05.020

Y.-C. Weng; H.-P. Cho; C. C. Chang; S. L. Chen, “Heat pipe with PCM for electronic cooling,” Appl. Energy, vol. 88, no. 5, pp. 1825–1833, May 2011. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.12.004

X. Ping Wu; P. Johnson; A. Akbarzadeh, “Application of heat pipe heat exchangers to humidity control in air-conditioning systems,” Appl. Therm. Eng., vol. 17, no. 6, pp. 561–568, Jun. 1997. https://doi.org/10.1016/S1359-4311(96)00058-0

Z. Xu; Y. Zhang; B. Li; C. C. Wang; Y. Li, “The influences of the inclination angle and evaporator wettability on the heat performance of a thermosyphon by simulation and experiment,” Int. J. Heat Mass Transf., vol. 116, pp. 675–684, Jan. 2018. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.09.028

K. Kafeel; A. Turan, “Simulation of the response of a thermosyphon under pulsed heat input conditions,” Int. J. Therm. Sci., vol. 80, pp. 33–40, Jun. 2014. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2014.01.020

H. Jouhara; B. Fadhl; L. C. Wrobel, “Three-dimensional CFD simulation of geyser boiling in a two- phase closed thermosyphon,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 41, no. 37, pp. 16463–16476, Oct. 2016. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.02.038

B. Fadhl; L. C. Wrobel; H. Jouhara, “CFD modelling of a two- phase closed thermosyphon charged with R134a and R404a,” Appl. Therm. Eng., vol. 78, pp. 482–490, Mar. 2015. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.12.062

K. S. Ong; G. Goh; K. H. Tshai; W. M. Chin, “Thermal resistance of a thermosyphon filled with R410A operating at low evaporator temperature,” Appl. Therm. Eng., vol. 106, no. 5, pp. 1345–1351, Aug. 2016. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.06.080

S. ed-D. Fertahi; T. Bouhal; Y. Agrouaz; T. Kousksou; T. El Rhafiki; Y. Zeraouli, “Performance optimization of a two-phase closed thermosyphon through CFD numerical simulations,” Appl. Therm. Eng., vol. 128, pp. 551–563, Jan. 2018. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.09.049

W.-W. Wang; Y. Cai; R.-Z. Liu; F.-Y. Zhao; D. Liu, “Experimental and numerical investigations of a radial heat pipe for waste heat recovery,” Appl. Therm. Eng., vol. 154, pp. 602– 613, May 2019. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.03.063

X. Wang; H. Yao; J. Li; Y. Wang; Y. Zhu, “Experimental and numerical investigation on heat transfer characteristics of ammonia thermosyhpons at shallow geothermal temperature,” Int. J. Heat Mass Transf., vol. 136, pp. 1147–1159, Jun. 2019. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.03.080

J. Cao; G. Pei; M. Bottarelli; C. Chen; D. Jiao; J. Li, “Effect of non-condensable gas on the behaviours of a controllable loop thermosyphon under active control,” Appl. Therm. Eng., vol. 146, pp. 288– 294, Jan. 2019. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.09.132

M. Azzolin; A. Mariani; L. Moro; A. Tolotto; P. Toninelli; D. Del Col, “Mathematical model of a thermosyphon integrated storage solar collector,” Renew. Energy, vol. 128, no. Part A, pp. 400–415, Dec. 2018. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.05.057

H. Zhang; S. Shao; C. Tian, “Simulation of the Thermosyphon Free Cooling Mode in an Integrated System of Mechanical Refrigeration and Thermosyphon for Data Centers,” Energy Procedia, vol. 75, pp. 1458–1463, Aug. 2015. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.260

X. Wang; Y. Wang; H. Chen; Y. Zhu, “A combined CFD/visualization investigation of heat transfer behaviors during geyser boiling in two-phase closed thermosyphon,” Int. J. Heat Mass Transf., vol. 121, pp. 703–714, Jun. 2018. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.01.005

C. W. Hirt; B. D. Nichols, “Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries,” J. Comput. Phys., vol. 39, no. 1, pp. 201–225, Jan. 1981. https://doi.org/10.1016/0021-9991(81)90145-5

J. U.Brackbill; D. B. Kothe; C. Zemach, “A Continuum Method for Modeling Surface Tension,” J. Comput. Phys., pp. 335–354, Vol, 100, no. 2, Jun. 1992. https://doi.org/10.1016/0021-9991(92)90240-Y

Y. A. Cengel; M. A. Boles “A Pressure Iteration Scheme for Two-Phase Flow Modeling,” in Computational Methods for Two-Phase Flow and Particle Transport, pp. 61-82, McGrawHill., 1980. https://doi.org/10.1142/9789814460286_0004

Y. A. Cengel; M. A. Boles, Termodinámica, 7th ed. México, 2009.

R. Mott, Mecánica de fluídos. Pearson: Mexico, 2006.

Cómo citar
[1]
D. . Gamboa y B. . Herrera, «Influencia de los modelos de turbulencia, densidad, cambio de fase e interfaz en la simulación numérica de un termosifón cerrado de dos fases», TecnoL., vol. 23, n.º 49, pp. 53–70, sep. 2020.

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Publicado
2020-09-15
Sección
Artículos de investigación

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