Estudio de la Convección Natural en una Cavidad Tridimensional con Distintas Geometrías

Abstract

En un trabajo previo se realizó la simulación numérica, utilizando OpenFOAM, del problema de convección natural en una cavidad tridimensional de sección transversal trapezoidal y base cuadrada, considerando distintas inclinaciones de la superficie superior. Las paredes superiores consideradas fueron: lisa, ondulada y tipo diente de sierra; y los ángulos de inclinación de: 0º, 5º, 10º, 20º y 30º.
La temperatura impuesta en la superficie inferior es mayor que la impuesta en la superior, mientras que las paredes laterales se mantienen adiabáticas. La diferencia de temperatura entre la superficie inferior y superior considerada fue de 40 ºC y 90 ºC.
Se ha calculado el promedio espacial y temporal del número de Nusselt, que permitió analizar la transferencia de calor en la pared superior. Los resultados mostraron que la transferencia de calor aumenta a medida que se incrementa la inclinación de pared superior, para todas las geometrías consideradas. Para valores de número de Rayleigh (Ra) considerados, a una inclinación dada, los distintos tipos de geometrías de la pared superior no influyen significativamente en la transferencia de calor.
En este trabajo se completa el estudio antes mencionado, utilizando paredes superior con mayor número de onda y distintas amplitudes; así como mayor variación de la altura del recinto, para abarcar un rango mayor de número de Ra.
Mediante el estudio de los patrones de flujo se analiza si la amplitud de onda de la pared superior influye en la formación de celdas secundarias, en las adyacencias de la misma.
Los distintos tipos de geometría de la pared superior considerados, determinan una variación del área que atraviesa el flujo de calor, por lo que se realiza un estudio una longitud característica que permita relacionar el valor de Nu con Ra, basado en dicha longitud.