El documento describe una simulación numérica bidimensional del flujo turbulento y la transferencia de calor en un canal con dos obstáculos alineados. Se estudió el efecto de la separación entre los obstáculos sobre parámetros como la pérdida de carga y el coeficiente de transferencia de calor. Se validó el modelo k-ε mediante comparación con literatura y se analizaron resultados como los campos de velocidad y energía cinética turbulenta, así como coeficientes de fricción, arrastre y número de Nusselt. Se concluyó que la

1. Flujo Turbulento y Transferencia de Calor en un Canal con dos Obstáculos Alineados AXIALMENTE Jaime A. Alvarez Marín. Profesor: Sr. Alvaro Valencia Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento Ingeniería Mecánica

2. c = d Re H = 10000 Gc Variable Presentación del Problema Flujo de Aire Tp = 2T oo > 0C

3. Objetivos: General Realizar la Simulación Numérica Bidimensional de un Flujo Turbulento al Interior de un Canal con dos Barras Alineadas Específicos: Estudiar el Efecto de la Separación Entre los Obstáculos Sobre los Parámetros del Flujo Turbulento. Estimar la Transferencia de Calor y la Pérdida de Carga al Interior del Canal.

4. Metodología Utilizada Se Revisó y Analizó la Literatura . Se Estudió el Modelo k-  . Se Modificó un Programa Numérico Existente, Basado en el Método de los Volúmenes de Control. Se Desarrolló un Programa para la Evaluación de Resultados. Se Definieron los Casos que se han Estudiados. Se Definió la Malla y el Espacio Tiempo. Se Validó el Método Utilizado Comparando con la Literatura Se Ejecutó el Programa Numérico Modificado Se Analizaron los Resultados. EXAMEN DE GRADO 4/20

5. Modelo k-  Ecuaciones de Balance (masa, momentum y energía) Descomposición de Reynolds Modelo k-  : EXAMEN DE GRADO 5/20

6. Definición de la Geometría y los Casos Mejor desempeño para d=0.152H, Valencia (1999) Mejor desempeño para Gc=10d, Tsia y Hwang (1998) Desprendimiento de vórtices a partir de Gc=2,27d, Tatsutani et al. (1992) A 10d de la Entrada del Canal, Bosch y Rodi (1996) Casos: Canal sin Obstáculos, Gc=0d, Gc=10d, Gc=8.875d, Gc=7.75d, Gc=6.665d, Gc=5.5d. EXAMEN DE GRADO 6/20

7. Definición de la Malla Se escogió una malla de 625x125 volúmenes de control, ya que: Se estudió la dependencia de los resultados con la malla para C S/O y Gc=0d, para cinco mallas distintas Para C S/O, se cometen errores menores que 1% en todos los parámetros, entre la malla más fina y la malla escogida Para Gc=0d, errores menores que 2.7% e incremento en el tiempo Computacional en más de 96%, entre la malla más fina y la escogida EXAMEN DE GRADO 7/20

8. Validación del Método Se simuló un caso similar al reportado por Nakagawa et al. (1999) con la malla 625x125 . Geometría Nakagawa et al. (1999): L=10H; A=0.6H; d=0.2H; Re=15000; Flujo de calor cte. en la pared Geometría Caso Simulado: L=5H; A=0.6H; d=0.2H; Re=15000; Flujo de calor cte. en la pared EXAMEN DE GRADO 8/20

9. Resultados Campo de K (energía cinética turbulenta), en c uatro cuartos de un periodo de desprendimiento de vórtices EXAMEN DE GRADO 9/20

10. Resultados Campo de K (energía cinética turbulenta), en c uatro cuartos de un periodo de desprendimiento de vórtices EXAMEN DE GRADO 10/20 t/T=1/4 t/T=2/4 t/T=1/4 t/T=2/4 t/T=3/4 t/T=4/4

11. Resultados Campo de velocidades, en t/T=1/4 EXAMEN DE GRADO 11/20

12. Resultados Promedio Temporal de la Velocidad Horizontal ( U ) Sobre el Eje de Simetría del Canal. EXAMEN DE GRADO 12/20

13. Resultados Coeficiente de Fricción ( Cf ) alrededor del segundo obstáculo. EXAMEN DE GRADO 13/20

14. Resultados EXAMEN DE GRADO 14/20 Coeficiente de Fricción ( Cf ) Local a lo Largo de la Pared Inferior.

15. Resultados EXAMEN DE GRADO 15/20 Número de Nusselt ( Nu ) local a lo largo de la pared inferior.

16. Resultados EXAMEN DE GRADO 16/20 Coeficiente de arrastre( Cd ) sobre los obstáculos.

17. Resultados EXAMEN DE GRADO 17/20 Amplitud del Coeficiente de sustentación ( ACl ) sobre los obstáculos.

18. Resultados EXAMEN DE GRADO 18/20 Aumento del Factor de fricción ( f ) respecto del factor de fricción ( fo ) del canal sin obstáculos.

19. Resultados EXAMEN DE GRADO 19/20 Aumento del Número de Nusselt ( Nu ) respecto del Número de Nusselt ( Nuo ) del canal sin obstáculos.

20. Conclusiones El segundo obstáculo actúa como amplificador de los vórtices desprendidos desde el primer obstáculo. El largo de la zona de recirculación del segundo obstáculo es menor que la del primero y es creciente con Gc. El coeficiente de fricción sobre las paredes crece linealmente con Gc. El coeficiente de arrastre y la amplitud del coeficiente de sustentación sobre el primer obstáculo no dependen de Gc. El coeficiente de arrastre y la amplitud del coeficiente de sustentación sobre el segundo obstáculo son crecientes con Gc. El factor de fricción es creciente con Gc El número de Nusselt presenta un máximo dentro del rango de Gc estudiado La presencia de un obstáculo perturba el flujo 4d aguas arriba EXAMEN DE GRADO 20/20

21. Estudio del Flujo Turbulento y la Transferencia de Calor, en un Canal con dos Obstáculos Alineados Horizontalmente de Separación Variable Jaime A. Alvarez Marín. Profesor Guía : Sr. Alvaro Valencia M. Profesor Co-Guía : Sr. Ramón Frederick Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento Ingeniería Mecánica INFORME DE AVANCE ME-69F

22. Resultados Parámetros Globales promedio