Análisis numérico del flujo laminar en desarrollo con altos números de Prandtl entre dos cilindros concéntricos

Abstract

En éste trabajo se estudiaron las regiones de entrada dinámica y térmica para convección forzada permanente, bidimensional incompresible y laminar, entre dos cilindros concéntricos con temperatura superficial prescrita y/o flujo de calor prescrito, para fluidos con altos números de Prandtl y con propiedades termofísicas dependientes de la temperatura, mediante la aplicación del método de volúmenes finitos con esquema híbrido de diferenciación. Para obtener la solución de las ecuaciones discretas en coordenadas cilíndricas, se desarrolló un algoritmo (SIMPLERT), en el cual se toma en cuenta las variaciones de temperatura en la determinación del campo de presión, muy útil para problemas de convección forzada donde se considere la variación de las propiedades termofísicas con la temperatura, de este modo, se acoplaron las tres ecuaciones (continuidad, momentum y energía), y por medio de la aplicación del algoritmo de la matriz tridiagonal, se resolvió el sistema de ecuaciones algebraicas resultantes. Se implementó el algoritmo de solución numérica en un código computacional, desarrollado en FORTRAN, el cual permite obtener los campos de presión, velocidad y temperatura. Los resultados obtenidos a partir del código computacional fueron validados con los resultados que se obtienen de la solución analítica para convección forzada laminar en conductos anulares concéntricos para flujo dinámica y térmicamente desarrollado.