18. Unsteady Laminar Convection in Cylindrical Domains: Numerical Studies and Application to Solar Water Storage Tanks
(Convección laminar inestable en dominios cilíndricos: estudios numéricos y aplicación a los tanques de almacenamiento de agua solares)
Este documento es una tesis doctoral presentada y elaborada por Ivette María Rodríguez Pérez, para obtener su título de Doctor Enginyer Industrial en el Centre Tecnològic de Transferència de Calor del Departament de Màquines i Motors Tèrmics de la Universitat Politècnica de Catalunya (Barcelona, España, 2006), y publicada en el servidor de Tesis Doctorals en Xarxa (TDX). TDX es un gran repositorio de tesis, conformado por varias universidades de España.
El objetivo primordial de esta tesis consiste en estudiar el comportamiento de los tanques de almacenamiento de energía estratificados. Se presenta la metodología seguida para la resolución de las ecuaciones gobernantes de la transferencia de calor y dinámica de fluidos en coordenadas cilíndricas, mostrando las principales particularidades de su discretización para este tipo de geometrías y se detalla el tratamiento realizado para resolver estas singularidades dentro del código numérico.
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Posteriormente, se expone la metodología para la solución de flujos transitorios e incompresibles, y se realiza un riguroso proceso de verificación del código y las soluciones numéricas obtenidas. Un aspecto básico del funcionamiento de estos equipos es la calidad de la energía almacenada lo que, de cierta forma, viene determinado por el grado de estratificación térmica, en la cual influyen diferentes factores como la mezcla que ocurre debido a las corrientes de fluido que entran durante los procesos de carga y descarga térmica, y también debido al intercambio de calor con el ambiente. En este sentido, en este trabajo se analiza la estratificación térmica para diferentes condiciones de trabajo y configuraciones por medio de las simulaciones numéricas multidimensionales. Para medir el grado de estratificación, se han tenido en cuenta diferentes parámetros y, como resultado del estudio, se propone un parámetro adimensional basado en un análisis exergético. Esta exergía adimensional ha permitido comparar el funcionamiento de los tanques en las diferentes situaciones analizadas y se ha mostrado útil para cuantificar la calidad de la energía almacenada en los tanques solares.
Por otra parte, en el documento se comentan los aspectos más importantes del estudio: el comportamiento térmico de los tanques de almacenamiento durante su modo de |
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