Experimental and numerical simulation analysis of heat transfer on a closed enclosure

Análisis experimental y simulación numérica de la transferencia de calor en un recinto cerrado

El objetivo principal de este trabajo era evaluar el comportamiento de un recinto cerrado ovalado calefactado, cuando se introducían paneles radiantes variables. La investigación experimental mostró que su eficiencia dependía de su posición. Se llevó a cabo una investigación experimental, así como una simulación numérica. En total, se realizaron 24 pruebas en las que se midió la temperatura máxima de calentamiento. Los resultados experimentales también se compararon con los de la simulación y se observó una concordancia razonable. Por último, basándose en los resultados de este estudio, se desarrolló una correlación para predecir la configuración interior para la mejora de la transferencia de calor de un horno oval.

INTRODUCCIÓN

Los hornos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, como centrales eléctricas, reactores nucleares, sistemas de refrigeración y otros sistemas de calefacción, industrias de automoción, sistemas de recuperación de calor, procesamiento químico, industrias alimentarias, metalurgia, etc. [1,2]. Además de mejorar el rendimiento del horno, la mejora de la transferencia de calor permite reducir considerablemente el tamaño exterior del horno. Debido a su estructura compacta y a su elevado coeficiente de transferencia de calor, los hornos ovalados se han introducido como una de las técnicas pasivas de mejora de la transferencia de calor y se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones industriales [3].

En este trabajo se proponen modelos simplificados basados en simulación numérica y métodos experimentales para predecir la transferencia de calor por radiación y convección en procesos de calentamiento. Las investigaciones de simulación se realizaron para comprender el flujo laminar forzado en la capa límite de las paredes del horno cuando se introducen paneles. Estos paneles, mostrados en la Figura 1, se utilizaron en la simulación, y se llevó a cabo un experimento para la validación del sistema.

CONFIGURACIÓN DE LA SIMULACIÓN NUMÉRICA

Para resolver el problema de transferencia de calor se optó por la simulación numérica de radiación y convección en un dominio cerrado.

Un primer paso importante para establecer la precisión del modelo fue identificar las condiciones de contorno y las propiedades de los materiales implicados en el proceso.