ESTUDIO COMPARATIVO SOBRE MODELOS DE TURBULENCIA EN FLUJO DE REFRIGERANTES CON BAJO GWP EN EL INTERIOR DE MICROCANALES

Abstract

Este artículo se trata de una evaluación de modelos de turbulencia para la predicción de la pérdida de presión y el coeficiente de transferencia de calor durante el flujo de refrigerantes con bajo GWP en el interior de microcanales. En este estudio, características de mecánica de fluidos y transferencia de calor se simulan incorporando condiciones de flujo turbulento en un microcanal circular de 1.1 mm de diámetro. Los modelos de turbulencia con las formulaciones k - ε y k - ω son evaluados para números de Reynolds hasta 10000 y son implementados computacionalmente en el software OpenFoam. Los perfiles de velocidad, factores de fricción y números de Nusselt son calculados y analizados en función de variables paramétricas. Los resultados numéricos son validados con métodos de predicción analíticos y con datos experimentales medidos en trabajos previos para flujos de R134a, R1234fy, R1234ze(E) y R600a. La variación de la caída de presión y coeficiente de transferencia de calor convectivo son analizados de acuerdo al efecto al tipo de fluido y al modelo de turbulencia empleado. Los resultados indican que los modelos describen cualitativamente el comportamiento del flujo y la transferencia de calor en condiciones de turbulencia. Cuantitativamente, los modelos Low-Re k - ε, k - ω estándar y k - ω SST presentan mejores predicciones para las variables de interés. Por otro lado, el modelo Low-Re k - ε presenta el menor error medio absoluto.This paper evaluates the capacity of the following turbulence models: standard k - ε, RNG k - ε, k - ω standard, k - ω SST, Realizable k - ε and Low-Re k - ε to predict the fluid mechanics and heat transfer characteristics of low GWP fluid flow in a 1.1 mm ID microchannel. These turbulence models were evaluated for Reynolds Numbers up to 10(4). The numerical results for velocity profile, friction factors and Nusselt Numbers are validated with analytical and experimental data published in previous works for R134a, R1234yf, R1234ze(E) and R600a. Parametric behaviors of pressure drop and heat transfer coefficient are presented and analyzed. The results indicate that each of the models describes the qualitative behavior of flow and heat transfer processes. On the other hand, the quantitative results indicate that the Low-Re k - ε, k - ω and k - ω SST models demonstrate an acceptable prediction of some variable's behavior. Numerically, the Low-Re k - ε model presents an accurate prediction with the lowest mean absolute.