Análisis del problema de transporte de calor por convección natural entre un fluido y un medio poroso - Olivares Hernández, Roberto (Universidad Autónoma Metropolitana, 2004)
Se presenta la solución numérica y el análisis del problema de transporte de calor provocado por convección natural entre un fluido y medio poroso que ocupan una cavidad rectangular cerrada. La situación es similar a la encontrada en un silo de almacenamiento de granos, en el cual las longitudes características hacen que el transporte frecuentemente se lleve a cabo en condiciones de flujo turbulento. Por ello, en el trabajo se consideran condiciones de flujo desde el régimen laminar al turbulento. El planteamiento matemático del problema incluye las ecuaciones de cantidad de movimiento, energía térmica y cuando existen condiciones de turbulencia las dos adicionales necesarias en el modelo de turbulencia k-ε. Los números adimensionales que establecen la característica del flujo son: el número de Rayleigh, Prandtl y Darcy. El método numérico que se utiliza en la solución del sistema de ecuaciones diferénciales parciales esta basado en la formulación de un volumen de control sobre el que se integran las ecuaciones de transporte para desarrollar el sistema de ecuaciones discretizadas. Con los resultados obtenidos de la solución numérica se realizan mapas de contorno para la temperatura y las líneas de corriente que caracterizan el flujo en la cavidad cuadrada. Los resultados independientes de los parámetros numéricos del campo de temperatura y velocidad muestran el comportamiento del flujo en el régimen laminar y turbulento. Los coeficientes de película en la interregión y el número de Nusselt en las fronteras obtenidos de la solución, muestran el efecto en el transporte de calor desde las paredes del sistema, así como en la interfase, cuando se tiene un régimen turbulento. Además, se observa que el transporte de calor convectivo disminuye directamente por efecto de disminución de la permeabilidad del medio poroso.