Estudio de la longitud característica para convección natural en recintos trapezoidales

Abstract

Completando el estudio de la transferencia de calor en recintos trapezoidales, en este trabajo se realiza un estudio numérico del problema de convección natural transitoria en un recinto trapezoidal, cuyas paredes activas (inferior y superior) se inclinan en forma simétrica. La razón de aspecto, cociente entre altura máxima y largo del recinto, varía entre 0.5 y 0.7, el ángulo de inclinación de las paredes del recinto de 0 (geometría rectangular) hasta un ángulo máximo (geometría prácticamente triangular) y el salto de temperatura impuesto en las paredes inferior y superior de 1 °C a 40°C. En trabajos anteriores se ha analizado la misma geometría para razones de aspecto 0.1 a 0.4 (baja razón de aspecto) y 0.8 a 1.2 (prácticamente cuadrado). En el primer caso, se ha encontrado el establecimiento de celdas convectivas del tipo estacionarias, con movimiento lateral de las mismas, y creación y destrucción de celdas convectivas. En tanto que en el segundo caso, se ha determinado un ángulo crítico que permite distinguir dos regímenes: tipo calentado por debajo y calentado de lado. En este tipo de geometrías existen diferentes alternativas para la elección de una longitud característica que permita describir el comportamiento real del flujo y calcular el número de Nusselt y de Rayleigh, correspondiente. Para recintos con baja razón de aspecto, se ha utilizado la proyección vertical de la pared inclinada del recinto trapezoidal (S. Esteban, et al., Mecánica Computacional, 34: 1827-1841 (2016)), en tanto que para recintos prácticamente cuadrados, dependiendo del ángulo de inclinación se ha utilizado además la proyección vertical del lado inclinado, como longitud característica (S. Esteban, et al., AVERMA, 3: 08.173-08.183, (2015)). En este trabajo, se presenta y describe las características de flujo que se desarrolla en el interior del recinto y la evolución temporal del número de Nusselt. Se obtiene correlaciones entre el número de Nusselt, Rayleigh, ángulo de inclinación y razón de aspecto, para cada uno de los tipos de regímenes encontrados.