Simulación numérica de flujos convectivos a altos números de Rayleigh en sistemas pasivos de climatización

Abstract

El objetivo principal del proyecto es la simulación numérica de los flujos inducidos por convección natural que pueden aparecer en sistemas pasivos de climatización tales como chimeneas solares o paredes “Trombe” junto con la adquisición de conocimientos generales sobre los problemas referidos en la introducción. Se llevará a cabo la simulación sistemática de los flujos en distintas configuraciones y con distintas condiciones de calentamiento, suponiendo la uniformidad de temperatura o de flujo de calor en las paredes verticales. Se intentarán obtener correlaciones sistemáticas del coeficiente de transmisión de calor en función de los parámetros adimensionales relevantes que definen el problema, partiendo de una configuración simplificada siguiendo modelos encontrados en la bibliografía, como los mencionados en el apartado anterior. El estudio de la independencia de los resultados numéricos obtenidos respecto de la malla, y la influencia de la finura del mallado junto a las paredes, constituye un aspecto importante del presente proyecto. En las simulaciones numéricas desarrolladas en el transcurso del presente trabajo utilizaremos el modelo de turbulencia k-ω antes citado, intentando delimitar las condiciones de transición a la turbulencia, y se validará con resultados tanto numéricos como experimentales encontrados en la bibliografía. También se desarrollarán simulaciones laminares que nos servirán para comparar los resultados obtenidos con los de otros autores, valorando el alcance y precisión de los resultados numéricos encontrados en la simulación del régimen turbulento. El proyecto se centrará fundamentalmente en el estudio de los flujos establecidos en chimeneas solares. Se obtendrán correlaciones prácticas para el cálculo del flujo del aire inducido y de la transmisión de calor entre el fluido y las paredes en este tipo de configuraciones. Se intentará conseguir además la optimización geométrica y térmica de dichos sistemas a partir de los resultados numéricos para ayudar al diseño integral de edificios y construcciones industriales climatizadas de forma pasiva. A lo largo de este trabajo se trataran estos temas de la siguiente forma; en el Capítulo 2 se expondrán las características más significativas de los sistemas pasivos de climatización en estudio; en el Capítulo 3 se describen las configuraciones básicas consideradas, el modelo matemático, las condiciones de contorno y el modelo de turbulencia empleado para gran parte de los casos considerados; en el Capítulo 4 se expone el modelo numérico, describiendo de forma breve los algoritmos empleados para la simulación numérica de los problemas planteados; en los Capítulos 5, 6 y 7 se relacionan los resultados obtenidos para distintas configuraciones y condiciones de calentamiento; por último, en el Capítulo 8 se resumen las conclusiones más importantes alcanzadas en este trabajo.