Resumen de Comparison and validation of turbulence models on numerical study of heat exchangers

Juan Gonzalo Ardila Marin, Diego Andrés Hincapié Zuluaga, Julio Alberto Casas Monroy

• español

  El presente estudio busca validar modelos numéricos de intercambiadores de calor desarrollados con el paquete comercial ANSYS® comparando sus resultados con los obtenidos en estudios experimentales y numéricos previamente publicados. La metodología se basó en la identificación de los modelos matemáticos, métodos numéricos y programas o lenguajes empleados por varios autores. Se desarrollaron las geometrías con SolidEdge® y DesignModeler®, la discretización en mallas con Meshing® y posteriormente se configuraron en CFX® y Fluent®  los modelos k-ɛ estándar y k-ω. Para flujo interno en intercambiadores concéntricos de tubo recto liso, se lograron recrear los resultados predichos donde el número de Nusselt varía entre 100 y 250 para Reynolds entre 12*103 y 38*103. El estudio de flujo interno en tubo curvado corrugado con las mismas herramientas logró gran acercamiento a los resultados predichos mediante la correlación numérica de Zachár para Nusselt entre 15 y 70  y variaciones de Dean de 1*102 a 11*102 en flujo laminar. Así mismo, fue validada la independencia de resultados en el estudio de flujo externo en tubo curvado torsionado. Se  modelaron variaciones de Nusselt entre 60 y 275 para variaciones de Dean de 1*103 a 9*103 para flujo laminar, transicional y turbulento completamente desarrollado. El estudio muestra el incremento en la transferencia de calor asociado al cambio en la geometría en intercambiadores de calor, y muestra cómo con modelos numéricos computarizados se pueden recrear las condiciones realísticas de procesos y sistemas termo-fluidos configurando apropiadamente las simulaciones.

• English

  This study aims to validate numerical models for heat exchangers developed with the commercial package ANSYS® comparing the results with data published in the literature. The methodology was based on identification of programs, languages, mathematical and numerical models employed by other researchers. Geometries were developed with SolidEdge® and DesignModeler®, discretization meshes with Meshing® and subsequent configuration of standard k-ɛ and k-ω models with Fluent® and CFX®. For internal flow in concentric smooth straight tube exchangers, we recreated the predicted results with Nusselts varying between 100 and 250 and Reynolds regimes between 12*103 and 38*103 The study of internal flow in curved corrugated tube exhibited a great approach of results predicted with the numerical correlation of Zachar with Nusselt numbers in the range of 15-70 for Dean variations between 1*102 and 11*102 in laminar flow. Finally, Nusselt variations between 60 and 275 with Dean Numbers between 1*103 and 9*103 for laminar, transitional and turbulent fully developed flow regime. The study shows the increase of heat flux associated with the change in heat exchangers geometry. Meanwhile, exhibits how computer numerical models can recreate realistic process conditions and thermo-fluid simulation by appropriately configuring systems.