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Mecánica Computacional Vol XXIX, págs. 5805-5827 (artículo completo) Eduardo Dvorkin, Marcela Goldschmit, Mario Storti (Eds.) Buenos Aires, Argentina, 15-18 Noviembre 2010

SIMULACIÓN NUMÉRICA DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN NATURAL Y RADIACIÓN COMBINADAS EN CAVIDADES CALENTADAS DESDE ABAJO

Daniel Rebolloa, Rodolfo Rodrigob y Antonio Campoc
a

Instituto de Mecánica Aplicada,Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de San Juan, Libertador 1109 oeste - 5400 – San Juan – Argentina, E-mail: drebollo@unsj.edu.ar

b

Departamento de Electromecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de San Juan, Libertador 1109 oeste - 5400 – San Juan – Argentina

c

Department of Mechanical Engineering, The University of Texas at San Antonio, San Antonio, TX 78249,USA

Palabras Claves: convección natural laminar, radiación térmica, método de los volúmenes finitos, transferencia de calor combinada.
Resumen. En este trabajo se ha simulado numéricamente un proceso de transferencia de calor por conducción, convección y radiación combinadas en una cavidad cuadrada bidimensional rellena de aire a diferentes temperaturas que absorbe, emite y dispersaisotrópicamente la radiación térmica. Se han considerado siete diferentes temperaturas de referencias T0 = 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600 K, cuatro números de Rayleigh, Ra = 103, 104, 105, 106 y seis coeficientes de absorción κ = 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 m-1, . Todas las cavidades poseen la pared superior fría, a la temperatura de referencia, y la pared inferior caliente, la temperatura de referenciamás 10 K. Las paredes laterales son adiabáticas. De esta manera, la diferencia de temperaturas entre la pared inferior y superior se mantiene constante a 10 K y solo se modifica la temperatura de referencia de la pared superior, fría. Además, desde el punto de vista de la radiación, las paredes se consideran opacas, grises y difusas. Las propiedades físicas del aire se han considerado variables conla temperatura de referencia. Para realizar la simulación numérica se ha utilizado el método de los volúmenes finitos el cual ha sido extensamente usado en problemas de convección y solo recientemente se ha extendido su uso a problemas de radiación térmica. El procedimiento numérico ha sido implementado en un programa de computadora que fue utilizado para obtener los resultados presentados en estetrabajo. Se ha analizado la influencia de la temperatura de referencia y del coeficiente de absorción en las isotermas, líneas de corriente, contornos de velocidad horizontal y vertical, perfiles de velocidad y temperatura en las secciones medias horizontal y vertical. También se han analizado las distribuciones de flujo de calor y los flujos de calor medio en la pared inferior. El dominioespacial bidimensional ha sido discretizado utilizando volúmenes de control cuadriláteros y el dominio angular se ha discretizado en un número finitos de ángulos de control. Las soluciones obtenidas han sido comparadas con resultados publicados, el análisis muestra que las soluciones presentadas en este trabajo son correctas y pueden ser extendidas a situaciones más complejas con un amplio margen deseguridad.

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D. REBOLLO, R. RODRIGO, A. CAMPO

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INTRODUCCIÓN

Se puede afirmar, basados en la gran cantidad de trabajos publicados en las tres últimas décadas, que la convección natural en cavidades ha sido, y sigue siendo, un tema de mucho interés en nuestros días. Desde el punto devista teórico, académico e industrial, el interés está justificado por sus muchas aplicaciones, entre las cuales se destacan el calentamiento y enfriamiento de edificios, secado y deshidrataron de verduras, hortalizas y frutas, colectores solares, etcétera. La mayoría de los trabajos relacionados con la convección natural en cavidades pueden ser clasificados en dos grandes grupos: (a) cavidades...