ANÁLISIS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR POR IMPACTO A TRAVÉS DEL NÚMERO DE NUSSELT EN EL PUNTO DE ESTANCAMIENTO SOBRE UNA PLACA PLANA

Abstract

Transferencia de Calor por Impacto es una geometría aplicada con frecuencia en usos de ingeniería, la mayoría de las veces son aplicados en diseños térmicos donde es obligatorio trasferir una buena cantidad de calor, v.g. en la refrigeración de los alabes de las turbinas gas. El objetivo de este estudio es analizar el Número de Nusselt en el Punto de Estancamiento (𝑁𝑢𝑜) por efecto del impacto de un chorro simple de boquilla ranurada sobre una placa plana isotérmica, con la finalidad de encontrar el modelo de turbulencia más adecuado para predicciones en el punto de impacto de esta geometría, y así brindar un apoyo a los diseñadores. Los resultados que se obtienen de los modelos de turbulencia son comparados con datos experimentales, los cuales son tomados de la correlación empírica propuesta por Gardon & Akfirat, 1966 que valora el Número de Nusselt en el Punto de Estancamiento (𝑁𝑢𝑜). Cuatro modelos de turbulencia son usados para estudiar el (𝑁𝑢𝑜), de los cuales fueron escogidos dos modelos de turbulencia RANS (Transitorio SST & Transitorio 𝜅−𝜅𝑙−𝜔) y dos URANS (SAS & DES), para comparar su exactitud con respecto a los datos experimentales obtenidos de la literatura. Varios espaciamientos de boquilla y placa se usan: desde 𝑍𝐵⁄=14 hasta 𝑍𝐵⁄=40. Dos Números de Reynolds son estudiados: desde 𝑅𝑒=11,000 hasta 𝑅𝑒=22,000. La Intensidad de Turbulencia se varía desde: 2% hasta el 10% en la salida de la boquilla. Las geometrias y condiciones de flujo que se mencionan se basan en el estudio experimental, como condiciones de frontera y dominio computacional. Por otra parte, se logra obtener la certeza de que la Intensidad de Turbulencia juega un rol importante como condición de frontera para poder tener buena precisión en las predicciones de (𝑁𝑢𝑜). No obstante, se muestra la influencia que existe entre la Velocidad y la Energía Cinética Turbulenta en la llegada del chorro a la región de impacto Además, se denota que no existe una influencia directa cuando se varía el ancho de la boquilla ranurada. Los modelos obtuvieron diferentes comportamientos, sin embargo, todos fueron comparados bajo cinco criterios: Exactitud, Independencia de Malla, Convergencia, Velocidad de Convergencia y Estabilidad de Resultados. El modelo de turbulencia que mejor representa estos criterios es el Transitorio 𝜅−𝜅𝑙−𝜔, de esta manera, es recomendable para aplicaciones de Transferencia de Calor por Impacto.