Cálculos de convección natural en una cavidad usando el método de segundos momentos

Abstract

RESUMEN Un método numérico cuasi-Lagrangiano usado principalmente para problemas de transporte en el medio ambiente se utiliza aqui para resolver el conjunto de ecuaciones para transporte convectivo de calor en una cavidad calentada en forma diferencial. El método numérico calcula las distribuciones de los momentos cero, primero y segundo de la vorticidad y temperatura en una celda computacional. Un procedimiento Lagrangiano que utiliza las distribuciones de momentos es usado para resolver los términos de advección para poder eliminar los errores por dispersión numérica. Como el modelo mantiene una resolución a nivel sub-malla, distribuciones en una sola célula computacional y áreas de cambios violentos se pueden resolver sin introducir cantidades significativas de amortización computacional. El metodo de etapas fraccionadas se utiliza para calcular los términos de advección y difusión en forma separada. La tecnica es particularmente atractiva para cálculos de simulación de transmisión de calor hasta números de Rayleigh moderamente altos; sin embargo, se requieren límites pequeños en el número CFL para números de Rayleigh mayores que 10 4. SUMMARY A quasi-Lagrangian numerical method used primarily for environmental transport problems is used to solve the equation set for convective heat transfer within a differentially heated enclosure. The numerical method calculates the zeroth, first, and second moment distributions of vorticity and temperature within a cell. A Lagrangian procedure which uses the moment distributions is used to solve the advection terms in order to eliminate numerical dispersion errors. Since the method maintains subgrid scale resolution, single cell distributions and areas of steep gradients can be resolved without significant computational damping. The method of fractional steps is used to calculate the advection and diffusion terms separately. The technique is particularly attractive for heat transfer calculations and low to moderate Rayleigh number sirnulations; however, low CFL limits are required for Rayleigh numbers greater than 10 .