Simulación numérica de la transferencia de calor transitoria, en un plano transversal de un tubo sometido a distintas condiciones de borde

ALDANA CORREA, DELFINA; ESTEBAN, ESTER SONIA; ARAMAYO, ANA MARÍA; CHAUQUE, FÁTIMA ELISABET

La Plata

Congreso; LXVII Reunión de Comunicaciones Científicas del Segundo Encuentro Conjunto de la Unión Matemática Argentina y la Sociedad Matemática de Chile.; 2018

UNION MATEMATICA ARGENTINA

En este trabajo, se presenta los resultados obtenidos en el marco del desarrollo de una Beca para el Estímulo de Vocación Científica (EVC), en el que se tiene como objetivo el análisis de la transferencia de calor de tubos enterrados, a fin de mejorar el funcionamiento de diferentes dispositivos térmicos, tales como intercambiadores de calor, sistemas de refrigeración y pisos radiantes. En esta etapa inicial del trabajo, se ha realizado la simulación numérica de la transferencia de calor transitoria, en el interior de un tubo, considerando que en la parte superior del caño se encuentra a una temperatura dada, en tanto que en la parte inferior está sometida a diferentes condiciones de borde. El modelo matemático que describe el problema planteado es: $\rho c_{p}\dfrac{\partial T}{\partial t}=\nabla \cdot \left( k\nabla T\right)$ ; siendo T el campo de temperatura, t el tiempo, la densidad del material, c_{p} la capacidad calorífica y k la conductividad térmica. Se ha utilizado las coordenadas polares para la discretización del dominio.Se ha desarrollado códigos computacionales para especificar por zonas,las distintas propiedades físicas, tales como la conductividad térmica, densidad y capacidad calorífica, así como imponer las temperaturas de borde no uniforme.Se ha implementado el modelo numérico de volúmenes fnitos, en sus dosvariantes: partición del dominio de cálculo y posterior ubicación de los nodosen el centro de cada uno de los elementos de la partición (cell-centered);y la segunda consistente en posicionar los nodos y luego ubicar las caras,equidistantes a dos nodos vecinos (vertex-centered).Se ha realizado los procedimientos habituales del estudio numérico talescomo independencia de la red, validación del código con resultados teóricosy experimentales. Se ha obtenido la evolución temporal de los patrones detemperatura a lo largo de cada plano transversal del caño y se ha iteradotemporalmente hasta alcanzar el estado estacionario.La experiencia ha sido satisfactoria, se ha avanzado significativamentecon la formación académica de la becaria en el campo del análisis numéricoy sus aplicaciones térmicas. Se ha elaborado un código base que permitiráañadir módulos computacionales para estudiar problemas más complejos,tales como transferencia de calor en tubos enterrados característicos de lospisos radiantes.