Estudio de la longitud característica para convección natural multicelular en geometrías trapezoidales

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo complementar el realizado en una investigación, en la que quedó planteada la necesidad de determinar la longitud que caracteriza la transferencia de calor en convección natural multicelular, en un recinto trapezoidal. En el trabajo mencionado, se estudió numéricamente las características del flujo y la transferencia de calor, en un recinto trapezoidal con lados laterales verticales, base horizontal y lado superior inclinado. Se determinó que los patrones de flujo y la transferencia de calor, dependen del salto de temperatura impuesto entre la pared inferior y superior, como así también del ángulo de inclinación de la pared superior. Además, se encontraron dos tipos de comportamientos, uno unicelular y otro multicelular. Al obtener la correlación entre el número de Nusselt en función del número de Rayleigh, calculados en términos de la altura máxima del recinto, se obtuvo una correlación apropiada para el régimen unicelular; sin embargo, para los datos correspondientes al régimen multicelular, la correlación obtenida no describe la física del problema observado. En el presente trabajo, se proponen distintas longitudes características, para el régimen multicelular, encontrándose una que describe mejor el estudio teórico del problema.

The present work aims to complement the one carried out in a previous investigation, in which the need to determine the length that characterizes the heat transfer in multicellular natural convection in a trapezoidal enclosure was raised. In the aforementioned work, the characteristics of flow and heat transfer were numerically studied, in a trapezoidal enclosure with vertical lateral sides, horizontal base and sloping upper side. It was determined that flow patterns and heat transfer depend on the temperature difference imposed between the lower and upper wall, as well as the angle of inclination of the upper wall. In addition, two types of behavior were found, one unicellular and the other multicellular. By obtaining the correlation between the Nusselt number as a function of the Rayleigh number, calculated in terms of the maximum height of the enclosure, an appropriate correlation was obtained for the unicellular regime; however, for the data corresponding to the multicellular regimen, the correlation obtained does not describe the physics of the observed problem. In the present work, different characteristic lengths are proposed for the multicellular regime, finding one that better describes the theoretical study of the problem.