Simulación numérica de la convección mixta de gases en tubos verticales incluyendo inversiones del flujo

Abstract

Este estudio paramétrico trata la influencia de la convección mixta en el desarrollo simultáneo de la velocidad y la temperatura de un gas con propiedades constantes, desplazándose por una tubería circular en posición vertical. Entretanto, la velocidad y la temperatura se consideran uniformes a la entrada de la región de intercambio térmico permaneciendo la pared del tubo isotérmica. La hipótesis más relevante utilizada en este análisis es la aproximación de Boussinesq para la densidad en el término de flotación, en tanto que el resto de las propiedades termofisicas permanecen invariantes con la temperatura. El sistema de ecuaciones en derivadas parciales altamente acoplado que gobierna el citado problema (conservación de masa, cantidad de movimiento y energía) se resuelve numéricamente mediante el método de los volúmenes de control. Un grupo selecto de gráficos ilustra la influencia de la convección natural sobre la convección forzada: ascendente con enfriamiento y ascendente con calentamiento. Además, se presentan curvas ilustrativas que ponen de manifiesto las inversiones del flujo en ambos casos. Este aspecto constituye un aporte innovador del presente trabajo.