Intercambiador De Calor

Artículo de Investigación

Revista Ciencia e Ingeniería. Vol. 29, No. 2, pp. 123-130, abril-julio, 2008. ISSN 1316-7081

Simulación y análisis de flujo transversal a través de bancos de
tubos en línea usando el programa CFX
Simulation and analysis of cross-flow across inline tube bundles
using the CFX software
Diaz, Miguelangel; Guerrero, Harif y Rojo, Jesús
Universidad NacionalExperimental del Táchira
Departamento de Ingeniería Mecánica
San Cristóbal 5001, Venezuela
midimoreno@gmail.com
Recibido: 18-07-2007

Revisado: 06-03-2008

Resumen
El presente es un trabajo de gradocConsiste en la simulación y análisis del flujo de fluidos y transferencia de calor a través
de bancos de tubos en línea con diferentes configuraciones, empleando el software CFX 10. Para cadaconfiguración se diseñaron bancos de tubos de diez u once tubos, además se utilizaron medidas suficientemente largas en la entrada y salida
de estos arreglos, que garantizaron resultados independientes de estas medidas. Las mallas diseñadas fueron generadas bidimensionalmente (con espesor de un solo elemento) en el software Ansys Workbench 9.0 y se exportaron al software CFX
10. Se utilizó la soluciónnumérica para resolver las ecuaciones de Navier – Stokes aplicadas a los bancos de tubos, mediante el método de volumen finito incluido en el software CFX 10. Se realizó un análisis de independencia de malla en cada configuración, usando varias mallas. Las mallas estudiadas se consideraron como suficientemente refinadas cuando la
variación del número de Nusselt promedio se ubicó por debajo del 5%, de manera que, las mallas generadas no influyeran
en los resultados. Del análisis de los resultados logrados se dedujo que: En las zonas de recirculación el fluido se mueve
muy lentamente, y esto causa una transferencia de calor pobre en las áreas afectadas por dicha recirculación y en la mayoría de los casos, a partir del tercer tubo para los arreglos en línea existe periodicidad tanto enlas condiciones de fluidos
como en las de transferencia de calor del flujo en régimen laminar. Los resultados logrados con este software (CFX 10)
concuerdan bastante bien con otros obtenidos experimentalmente y numéricamente bajo régimen laminar.
Palabras clave: Número de Nusselt, simulación, flujo de fluidos, transferencia de calor, bancos de tubos.
Abstract
The following paper focuses onsimulation and analysis of fluid flow and heat transfer across inline tube bundles, using Ansys CFX 10. Models of ten and eleven tubes were used, and the inlet and outlet lengths have been made sufficiently long so
that they wouldn’t interfere with the results. The meshes in this work are two-dimensional (one element in width) and were
generated in Ansys Workbench 9.0. The CFD software employed usesfinite volumes to numerically solve the Navier Stokes equations. A study was conducted on each mesh to guarantee that results were independent from mesh configuration
and number of elements. The meshes were considered sufficiently refined when variation of the average Nusselt number was
less than 5%. Among the most relevant observations drawn from analysis, we can mention that fluid moves veryslowly over
recirculation areas, and this encourages poor heat transfer. Also, in most cases periodicity is accomplished at the third
tube, but bear in mind that this paper deals with laminar flow only. The attained results match very closely those of previous
experimental and numerical efforts.
Key words: Nusselt number, simulation, fluid flow, heat transfer, tube bundle.

Revista Ciencia eIngeniería. Vol. 29, No. 2, abril-julio, 2008

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Díaz y col.

1 Introducción
El mejoramiento de sistemas en la industria es un trabajo que se ha proseguido desde la Revolución Industrial
hasta nuestros días. Muchos de los problemas son causados
por la transferencia de calor excesiva en dichos sistemas,
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