Estudio numérico de la transferencia de calor conjugada, con distintas condiciones de borde en la interface sólido-fluído

ALDANA CORREA, DELFINA; ESTEBAN, ESTER SONIA; ARAMAYO, ANA MARÍA

Mendoza

Congreso; LXVIII Reunión de Comunicaciones Científicas del Segundo Encuentro Conjunto de la Unión Matemática Argentina y la Sociedad Matemática de Chile.; 2019

UNION MATEMATICA ARGENTINA

En este trabajo, se estudia el comportamiento de diferentes esquemas utilizados para la resolución de problema de transferencia de calor conjugada, modelado por un sistema de ecuaciones diferenciales a derivadas parciales; como así también para las condiciones de borde impuesta en la interfase sólido-fluido.En la transferencia de calor conjugada, se analiza el efecto de la conducción de calor en un sólido sobre la convección natural en un fluido. Para este problema se determinan dos tipos de bordes, por un lado el contorno del dominio físico y por otro, la superficie de contacto entre el sólido y fluido (interfase).El modelo matemático que describe el problema en la región sólida, está dado por: $ho _{s}c_{p}dfrac{partial T}{partial t}=abla cdot left( k_{s}abla Tight)$, con $T$ campo de temperatura, $t$ tiempo, $ho _{s}$ densidad del sólido, $c_{p}$ capacidad calorífica y $k_{s}$ conductividad térmica del sólido. En tanto que en la región fluido la ecuación de momento está dada por: $dfrac{partialleft( ho uight) }{partial t}+abla cdot left( ho uight)=-abla p+abla cdot left{ mu left[ abla u+left( abla uight)^{T}ight] ight}$, siendo $u$ campo de velocidad, $t$ tiempo, $p$ campo de presión, $ho$ densidad del fluido, $mu $ viscosidad dinámica del fluido. En este tipo de problema existe un fuerte acoplamiento entre el campo de presión y de velocidad.En este trabajo, se ha realizado la simulación numérica de latransferencia de calor bi-dimensional, conjugada y transitoria, considerando que la pared superior se encuentra a mayor temperatura que la inferior, en tanto que la interfase sólido-fluido está sometida a diferentescondiciones de borde.Se ha evaluado distintos esquemas numéricos existentes en el software utilizado para la resolución de las ecuaciones acopladas presión-momento (OpenFoam): SIMPLE(Semi-Implicit-Method-Of-Pressure-Linked-Equations), PISO(Pressure-Implicit-of-Split-Operations) y PIMPLE (combinaciónPISO-SIMPLE); como así también distintas condiciones de borde en la interfase sólido-fluido. La elección del paso de tiempo ($Delta t$) para el avance temporal es crítico en este tipo de problemas, ya que el mismo debe ser capaz de describir tanto los fenómenos de conducción en el sólido como la convección natural en el fluido.