Numerical study of the thermal behavior of bimetallic tubes on a stratified flow pattern.
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Date
2009
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Abstract
En el diseño de plantas solares térmicas con generación directa de vapor en el tubo absorbedor del colector de canal parabólico, la eficiencia está vinculada directamente al desempeño de este componente. Optimizar la transferencia de calor en el absorbedor se traduce en estructuras más cortas, generando la misma cantidad de vapor. Por lo tanto, es posible proponer estructuras compuestas para el absorbedor tubos construidos de más de un material, donde la disposición de cada uno toma ventaja de propiedades específicas, al estudiar las características termodinámicas del flujo, especialmente los procesos de cambio de fase (la ebullición al interior del tubo del líquido que fluye a través del campo de colectores).
En esta investigación se presentan los resultados de la simulación numérica de ebullición convectiva en tubos horizontales. Se prescribe un flujo de calor en la superficie externa del absorbedor generando estratificación líquido-vapor. Se aplicaron herramientas de dinámica de fluidos computacional para la modelación de la física a través del programa ANSYS CFX-11, basado en la técnica de volúmenes finitos basados en elementos. Adicionalmente a la simulación de cambio de fase, se realizaron también simulaciones para líquido sub enfriado y vapor sobrecalentado. La metodología se repitió para tubos compuestos de cobre y acero en diferentes proporciones. Los resultados muestran la ventaja de utilizar absorbedores compuestos al reducir los gradientes de temperatura en la sección transversal, un parámetro crítico del desempeño del absorbedor. Las simulaciones muestran también que la efectividad del cobre en la pared del tubo decae con mayores proporciones, logrando menores reducciones de temperatura con adiciones de cobre superiores al 30 %. Esto ocurre a expensas de la resistencia estructural. Se considera que aunque la metodología de simulación de cambio de fase en patrón estratificado se encuentra en un primer nivel de desarrollo, la metodología aquí presentada constituye una herramienta valiosa en procesos de diseño relativos a la transferencia de calor y conversión de energía.
En esta investigación se presentan los resultados de la simulación numérica de ebullición convectiva en tubos horizontales. Se prescribe un flujo de calor en la superficie externa del absorbedor generando estratificación líquido-vapor. Se aplicaron herramientas de dinámica de fluidos computacional para la modelación de la física a través del programa ANSYS CFX-11, basado en la técnica de volúmenes finitos basados en elementos. Adicionalmente a la simulación de cambio de fase, se realizaron también simulaciones para líquido sub enfriado y vapor sobrecalentado. La metodología se repitió para tubos compuestos de cobre y acero en diferentes proporciones. Los resultados muestran la ventaja de utilizar absorbedores compuestos al reducir los gradientes de temperatura en la sección transversal, un parámetro crítico del desempeño del absorbedor. Las simulaciones muestran también que la efectividad del cobre en la pared del tubo decae con mayores proporciones, logrando menores reducciones de temperatura con adiciones de cobre superiores al 30 %. Esto ocurre a expensas de la resistencia estructural. Se considera que aunque la metodología de simulación de cambio de fase en patrón estratificado se encuentra en un primer nivel de desarrollo, la metodología aquí presentada constituye una herramienta valiosa en procesos de diseño relativos a la transferencia de calor y conversión de energía.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2009