Intercambiadores de calor innovativos: entrada térmica en una espuma de metal sujeta a las condiciones de contorno de Neumann

Abstract

[ES] En la resolución del problema de la entrada de calor en una espuma de metal sujeta a las condiciones de contorno de Neumann, el estudiante realizará en primer lugar unas prácticas de preparación en las cuales se introducirá en la termodinámica computacional. Para ello, estudiará las ecuaciones que gobiernan la termofluidodinámica, las cuales son la ecuación del balance local de la masa, de la cantidad de movimiento y de la energía. Estas tres ecuaciones regulan los procesos de transporte de la masa, de la cantidad de movimiento y de la energía(térmica). Estos procesos son gobernados por números adimensionales definidos como combinaciones de parámetros termofísicos del material objeto de estudio (pero también de la configuración geométrica). Entre estos parámetros físicos y geométricos se encuentra la viscosidad dinámica, la densidad, la longitud característica del dominio, la conductividad térmica, etc. Para poder estudiar estos procesos mediante estos números adimensionales es necesario realizar una adimensionalización de todas las variables dependientes o independientes que definen los problemas en objeto. El objetivo de adimensionalizar estas ecuaciones es conseguir que los parámetros aparezcan en la ecuación formando grupos, pudiendo así reducir el numero de parámetros significativos del problema y obteniendo muchas ventajas desde el punto de vista computacional. Una vez realizada esta introducción, el estudiante podrá estudiar las ecuaciones diferenciales y las condiciones auxiliares que gobernarán el problema. Dentro de las ecuaciones diferenciales se encuentran las elípticas, parabólicas e hiperbólicas. Y ahora dentro de las ecuaciones auxiliares, se encuentran las condiciones iniciales y las condiciones de contorno. Las condiciones de contorno pueden ser de tipo Dirichlet, de tipo Neumann, o de tipo Robin, que sería una combinación de ambas. Las condiciones iniciales entran en el momento en el cual se resuelve un problema de evolución gobernado por las ecuaciones parabólicas o hiperbólicas. La resolución del problema también variará en función de si se trata de transmisión de calor por conducción o por convección. Se procederá a la resolución de los problemas primero en PDETOOL, una herramienta matemática del software de Matlab que nos permite resolver PDE (partial differential equations),donde únicamente habrá que insertar los valores obtenidos en la adimensionalización y el programa escribirá el código una vez compilado el problema. Dentro de este se trabajará siempre en la opción `HeatTransfer¿ ya que se están resolviendo problemas de transmisión de calor. Una vez comprendido esto se comenzarán a realizar los problemas de modo inverso, es decir, escribiendo el código en Matlab para resolver el problema. La parte final del trabajo consistirá en la aplicación de todos estos pasos aprendidos para resolver el problema planteado, desarrollándose en intercambiadores de calor innovativos.