Comparación del Comportamiento de Diferentes Modelos de Turbulencia al Simular la Dinámica del Flujo en un Tubo con Aletas Cónicas

Abstract

Para incrementar la eficiencia térmica de recuperadores de
calor y equipos enfriados por aire, sin aumentar excesivamente su
costo, se necesita intensificar la transferencia de calor por
convección. Uno de los caminos para lograrlo, es modificando las
formas de las aletas para destruir la capa límite, crear zonas de
recirculación, desprendimiento y contacto de la capa
límite. Para poder evaluar diferentes tipos de geometrías de las
aletas, sin recurrir a demasiados trabajos experimentales, es de gran
utilidad la simulación numérica. En este trabajo, se llevó a
cabo el estudio numérico de la dinámica del flujo de aire
turbulento, tridimensional, estable e incompresible alrededor de un
tubo con aletas cónicas inclinadas a 45° y para un número de
Reynolds de 56000. Para hacer el estudio se comparó el
comportamiento de diversos modelos de turbulencia: Spalart-Allmaras, -
estándar, - RNG, - realizable, - SST y RSM con las aproximaciones
de función de pared de no-equilibrio. Se emplearon condiciones de
frontera periódicas modelando únicamente un canal formado entre
las caras de las aletas (interior y exterior) y la pared del tubo. Se
analizaron las distribuciones de los coeficientes de presión en
esas superficies. Los resultados de la simulación se compararon con
resultados experimentales y se encontró que el mejor comportamiento
se obtuvo con el modelo RSM con la formulación
presión-deformación cuadrática.