Estudio numérico sobre micro intercambiador de calor con fluido formado por agua y micro partículas encapsuladas con cambio de fase

Abstract

[ES] Un modelo tridimensional ha sido desarrollado para analizar el comportamiento de un micro intercambiador de calor. Fluido formado por una fase, con flujo contrapuesto ha sido evaluado en comparación con flujo paralelo a lo largo de los canales. Canales rectos y en forma de zigzag han sido también comparados. Finalmente, el diseño ha sido mejorado con la incorporación de un fluido formado por dos fases (agua y partículas MEPCM). Para el análisis, las ecuaciones de Navier-Stokes para flujo laminar han sido resueltas. De forma conjunta, como modelo para el proceso de cambio de fase, ``The temperature transforming model (TTM) ¿¿ ha sido añadido al programa de cálculo por volúmenes finitos (Ansys-Fluent). Agua con micro partículas encapsuladas con cambio de fase a diferentes concentraciones, y propiedades termo-físicas dependientes de la temperatura ha sido utilizado como líquido refrigerante para los cálculos con líquido de doble fase. N-Eicosane al 10,15 y 20% de concentración ha sido empleado para este estudio. Los efectos del fluido y la geometría y configuración de los canales a diferentes flujos másicos en la distribución de temperatura a lo largo de los canales ha sido investigado. Parámetros como la caída de temperatura dentro de los canales y el máximo valor de temperatura en la base ha sido calculados. Una vez que la mejor configuración ha sido establecida, las propiedades para el flujo de doble fase han sido aplicadas para medir la mejora total en términos térmicos para las diferentes concentraciones en micro partículas.

[EN] A three-dimensional numerical model was developed to analyze the performance of a micro-channel heat sink. Single phase, counter-flow design was evaluated compared to parallel-flow heat sink configuration. Straight and Zigzag channel geometry configuration were also compared. Finally, an enhancement with double phase fluid study was carried out. For the analysis, three-dimensional Navier-Stokes and energy equations for incompressible laminar flow, together with the temperature transforming model (TTM) as the melting/solidification model, were solved using a finite volume solver (Ansys-Fluent). Water with micro-encapsulated phase change material (MEPCM) at different concentration, and temperature-depended thermo-physical properties was used as a coolant for the double phase calculations. In this study, n-eicosane, at 10, 15 and 20% particle¿s concentration, is been used as the phase change material (PCM). The effect of the flume and channel geometry configuration at different coolant flow rates on the temperature distribution of the heat sink are investigated. Parameters such as pressure drop within the channels and the maximum temperature value at the bottom surface were calculated. Once the better heat sink configuration for the flow rates selected is known, the double phase properties and melting/solidifications model are applied to measure the total thermal enhancement at the different MEPCM particle concentration.