Efecto de Distintas Geometrías de la Superficie Superior en la Transferencia de Calor en una Cavidad Tridimensional (3D)

Abstract

En trabajos anteriores, se ha estudiado la transferencia de calor en régimen de convección natural en cavidades bidimensionales con geometrías: triangular, trapezoidal con superficies inferior y superior inclinadas simétricamente, tipo paralelogramo. El estudio numérico realizado pudo cubrir número de Rayleigh (Ra) de hasta 108, debido a la utilización de una
formulación adimensional de las ecuaciones gobernantes. El comportamiento obtenido del coeficiente de transferencia de calor convectivo, h, coincide con los resultados encontrados en la literatura. Esto es, para Ra<107 alcanza un valor constante, en tanto que para Ra ≥107 se observa un comportamiento oscilatorio.
En la bibliografía, existen distintos trabajos con condiciones de bordes tipo periódica, para la temperatura; y la mayoría de ellos se refieren a cavidades limitadas por superficies planas, cuyo interior contiene un medio poroso.
En este trabajo se realiza la simulación numérica, utilizando OpenFOAM, del problema de convección natural en una cavidad tridimensional de sección transversal trapezoidal y base cuadrada, en la que se varía el ángulo de inclinación de la superficie superior de 0º a 30º.
Se considera, además, distintas geometrías de la superficie superior, tales como corte transversal plano, tipo diente de sierra y tipo acanalado.
La temperatura impuesta en la superficie inferior es mayor que la impuesta en la superior, mientras que las paredes laterales se mantienen adiabáticas. Se considera diferencia de temperatura entre la superficie inferior y superior de 40 ºC y 90 ºC.
Se analiza la influencia de las distintas superficies consideradas, en la transferencia de calor convectiva. Es de interés analizar la distribución de temperatura, desarrollada en las adyacencias de la superficie superior, ya que la misma influirá en el patrón de flujo que se establezca en toda la cavidad.