Resumen

El presente trabajo muestra resultados de transporte de calor y masa (doble) al interior de una cavidad rectangular ocasionado por un flujo convectivo forzado y natural (mixto). El modelo matemático consta de las ecuaciones de Navier-Stokespara describir el flujo laminar de un fluido incompresible. Además es modelado el transporte de calor y masa a través de dos ecuaciones diferenciales lineales de segunda orden, incorporando en forma lineal los efectos de los gradientes de concentración y de temperaturas. El modelo matemático es resuelto numéricamente a través del Método de Volúmenes Finitos descrito en coordenadas curvilíneas y variables colocalizadas, representando los términos difusivos a través de diferencia central y usando un esquema potencial para los términos convectivos. Se muestran resultados originales de patrones de flujo: Isotermas, isoconcentraciones y números de Nusselt y de Sherwood en regiones características para el problema de flujo interno mixto con difusión de calor y masa.

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo plantea un estudio numérico para caracterizar conjuntamente el desarrollo de un flujo interno del tipo mixto conjugado con transporte de calor y masa en una cavidad rectangular.

Diversos autores han abordado la modelación numérica trabajando con cavidades rectangulares. En [1] se desarrollan aplicaciones donde se considera a la temperatura dependiente de la conductividad y la viscosidad. Otros investigadores han desarrollado modelos capaces de calcular la convección libre sobre un medio poroso en una cavidad inclinada [2]. Ahora estudios que están más en la línea del presente trabajo analizan el efecto de flujo convectivo interno en el ámbito de la refrigeración de componentes electrónicos [3].

Diversos modelos que contemplan la variación de concentración y temperatura han sido publicados en la literatura, como por ejemplo aquellos en los cuales se describe la convección doble en una cavidad [4-7]. Los modelos muestran una relación inversa entre el número de Darcy y el ángulo de inclinación de la cavidad. En particular, en [8] se realizan comparaciones para distintos números adimensionales y configuraciones de condiciones de contorno. Este estudio es la base a partir de la cual se desarrolla el presente trabajo.

Más recientemente, se presentan estudios sobre convección externa sobre cilindros [9] como también trabajos en el área de nanotecnología [10], en medios porosos [11-12] y exploraciones tridimensionales [13].

La metodología usada en el presente trabajo tiene un enfoque de análisis numérico validado por resultados de problemas similares disponible en la literatura especializa. Primero, el programa es validado con resultados de difusión doble presentados en [8] y, segundo, por resultados de convección mixta interna presentados por [4]. Lo anterior permite plantear el análisis y mostrar resultados originales consistentes del problema conjugado de flujo interno mixto con difusión doble.

• Materias:Transferencia de calor Simulación Modelo Matemático Transferencia de masa
• Subjects:Heat transfer Simulation Mathematical model Mass transfer
• Palabras claves:Difusión, convección, cavidad rectangular, flujo laminar, simulación.
• Keywords:Diffusion, convection, square cavity, laminar flow, simulation.