Flujo Turbulento y Transferencia de Calor en un Canal con dos Obstculos Alineados AXIALMENTEJaime A. Alvarez Marn.

Profesor Gua : Sr. Alvaro Valencia M.Profesor Co-Gua : Sr. Ramn FrederickProfesor Integrante:Sr. Juan Carlos Elicer.EXAMEN DE GRADO 1 /20 .Universidad de Chile Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas Departamento Ingeniera Mecnica

c = dReH = 10000Gc Variable

Presentacin del ProblemaFlujo de AireTp = 2Too > 0CEXAMEN DE GRADO 2/20

Objetivos:General Realizar la Simulacin Numrica Bidimensional de un Flujo Turbulento al Interior de un Canal con dos Barras AlineadasEspecficos:Estudiar el Efecto de la Separacin Entre los Obstculos Sobre los Parmetros del Flujo Turbulento. Estimar la Transferencia de Calor y la Prdida de Carga al Interior del Canal.

EXAMEN DE GRADO 3/20

Metodologa Utilizada Se Revis y Analiz la Literatura. Se Estudi el Modelo k-.Se Modific un Programa Numrico Existente, Basado en el Mtodo de los Volmenes de Control.Se Desarroll un Programa para la Evaluacin de Resultados.Se Definieron los Casos que se han Estudiados.Se Defini la Malla y el Espacio Tiempo. Se Valid el Mtodo Utilizado Comparando con la LiteraturaSe Ejecut el Programa Numrico Modificado Se Analizaron los Resultados.

EXAMEN DE GRADO 4/20

Modelo k-e

Ecuaciones de Balance (masa, momentum y energa)Descomposicin de ReynoldsModelo k-:EXAMEN DE GRADO 5/20

Definicin de la Geometra y los CasosMejor desempeo para d=0.152H, Valencia (1999)Mejor desempeo para Gc=10d, Tsia y Hwang (1998)Desprendimiento de vrtices a partir de Gc=2,27d, Tatsutani et al. (1992)A 10d de la Entrada del Canal, Bosch y Rodi (1996)Casos: Canal sin Obstculos, Gc=0d, Gc=10d, Gc=8.875d, Gc=7.75d, Gc=6.665d, Gc=5.5d.EXAMEN DE GRADO 6/20

Definicin de la MallaSe escogi una malla de 625x125 volmenes de control, ya que:

Se estudi la dependencia de los resultados con la malla para C S/O y Gc=0d, para cinco mallas distintasPara C S/O, se cometen errores menores que 1% en todos los parmetros, entre la malla ms fina y la malla escogidaPara Gc=0d, errores menores que 2.7% e incremento en el tiempo Computacional en ms de 96%, entre la malla ms fina y la escogida

EXAMEN DE GRADO 7/20

Validacin del MtodoSe simul un caso similar al reportado por Nakagawa et al. (1999) con la malla 625x125.Geometra Nakagawa et al. (1999): L=10H; A=0.6H; d=0.2H; Re=15000; Flujo de calor cte. en la paredGeometra Caso Simulado: L=5H; A=0.6H; d=0.2H; Re=15000; Flujo de calor cte. en la pared

EXAMEN DE GRADO 8/20

Resultados Campo de K (energa cintica turbulenta), en cuatro cuartos de un periodo de desprendimiento de vrtices

EXAMEN DE GRADO 9/20

Resultados Campo de K (energa cintica turbulenta), en cuatro cuartos de un periodo de desprendimiento de vrtices

EXAMEN DE GRADO 10/20t/T=1/4t/T=2/4

t/T=1/4t/T=2/4t/T=3/4t/T=4/4

Resultados Campo de velocidades, en t/T=1/4

EXAMEN DE GRADO 11/20

ResultadosPromedio Temporal de la Velocidad Horizontal (U) Sobre el Eje de Simetra del Canal.EXAMEN DE GRADO 12/20

ResultadosCoeficiente de Friccin (Cf) alrededor del segundo obstculo.

EXAMEN DE GRADO 13/20

Resultados

EXAMEN DE GRADO 14/20Coeficiente de Friccin (Cf) Local a lo Largo de la Pared Inferior.

Resultados

EXAMEN DE GRADO 15/20Nmero de Nusselt (Nu) local a lo largo de la pared inferior.

ResultadosEXAMEN DE GRADO 16/20Coeficiente de arrastre(Cd) sobre los obstculos.

ResultadosEXAMEN DE GRADO 17/20Amplitud del Coeficiente de sustentacin (ACl) sobre los obstculos.

ResultadosEXAMEN DE GRADO 18/20Aumento del Factor de friccin (f) respecto del factor de friccin (fo) del canal sin obstculos.

ResultadosEXAMEN DE GRADO 19/20Aumento del Nmero de Nusselt (Nu) respecto del Nmero de Nusselt (Nuo) del canal sin obstculos.

Conclusiones

El segundo obstculo acta como amplificador de los vrtices desprendidos desde el primer obstculo.El largo de la zona de recirculacin del segundo obstculo es menor que la del primero y es creciente con Gc.El coeficiente de friccin sobre las paredes crece linealmente con Gc.El coeficiente de arrastre y la amplitud del coeficiente de sustentacin sobre el primer obstculo no dependen de Gc.El coeficiente de arrastre y la amplitud del coeficiente de sustentacin sobre el segundo obstculo son crecientes con Gc.El factor de friccin es creciente con GcEl nmero de Nusselt presenta un mximo dentro del rango de Gc estudiadoLa presencia de un obstculo perturba el flujo 4d aguas arriba

EXAMEN DE GRADO 20/20

Estudio del Flujo Turbulento y la Transferencia de Calor, en un Canal con dos Obstculos Alineados Horizontalmente de Separacin VariableJaime A. Alvarez Marn.

Profesor Gua : Sr. Alvaro Valencia M.Profesor Co-Gua : Sr. Ramn FrederickUniversidad de Chile Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas Departamento Ingeniera MecnicaINFORME DE AVANCE ME-69F

ResultadosParmetros Globales promedioINFORME FINAL ME-69F

Gc

1000xCf

Cd1

Cd2

1000xf

Nu

St

C S/O

14.33

---

---

21.10

54.91

---

0d

16.88

1.85

---

51.35

58.86

1,10

3.25d

17.70

1.79

0.16

54.39

59.36

1,04

5.5d

18.08

1.84

1.25

73.61

60.88

1,07

6.665d

18.26

1.85

1.48

78.24

61.08

1,08

7.75d

18.38

1.85

1.59

80.58

61.09

1,09

8.875d

18.48

1.84

1.64

82.37

61.04

1,09

10d

18.55

1.85

1.70

83.93

60.99

1,10