Modelización de la transferencia de calor de un flujo laminar a través de un cuerpo cilíndrico

Abstract

Se estudió por modelización numérica la transferencia de calor de un flujo laminar de agua, el cual fluye a través de un cuerpo cilíndrico de longitud infinita que se encuentra a una temperatura constante y diferente a la del fluido. Se analizó la influencia de la velocidad decorriente libre y la temperatura del cuerpo sobre el número de Nusselt y el coeficiente pelicular de transferencia de calor. Se trabajó con un rango de velocidades entre 10e-4 ? 10e-2 m/s, y un rango de temperaturas de pared entre 298,15 ? 373,15 K. El menor tamaño del dominio que minimiza efectos de condiciones de contorno se encontró que es un dominio rectangular de 1 x 1 m, para diámetros de cilindros de 0,2 y 0,1 m. La simulación se realizó empleando el Método Elementos Finitos (MEF). Para el mismo no se consideraron los efectos de flotación y se asumió que las propiedades del fluido variaron con la temperatura. Los resultados del modelo se compararon con correlaciones de parámetros adimensionales reportados en bibliografía. Se encontró que el error relativo entre el modelo y los datos reportados son inferiores a 22 %.

Heat transfer of a water laminar flow across a cylinder at constant temperature, higher than of the fluid,was studied with numerical modeling. Influence of free stream velocity and body temperature over Nusselt number and the convection heat-transfer coefficient were analyzed. A range of velocities between 10e-4 to 10e-2 m/s, and a cylinder wall temperature range of 298.15 to 373.15 K were employed. The smaller domain which minimizes contour conditions effects was found to be a rectangular domain of 1 x 1 m, for cylinder diameter of 0.2 and 0.1 m. Simulations were carried employing Finite Element Method (FEM). Flotation effects were not considered and water properties were assumed to change with temperature. Results of simulations were compared with reported correlations. It was found that relative error between the model and reported data were inferior of 22%.