Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería
Abstract
RESUMEN Se presenta un estudio de la convección forzada laminar en un tubo horizonal cuando la corriente del fluido intercambia calor con el medio ambiente por convección natural sola y por convección natural y radiación combinada. La diferencia de temperatura entre la superficie del tubo y el ambiente varia a lo largo del tubo. Esto hace que el coeficiente de convección externo, que a su vez depende de esta diferencia de temperatura, varíe a lo largo del tubo también. La inclusión de la radiación térmica juega un papel crucial cuando el enfriamiento se lleva a cabo por convección natural. El citado problema se reformula con la ayuda del método de las líneas. Este procedimiento genera un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias de primer orden, el cual se resuelve con el algoritmo de Runge-Kutta utilizando un número muy reducido de intervalor radiales. Con los resultados adquiridos se examinan algunas aplicaciones industriales en donde se emplean flujos de aire, agua y aceite en el tubo horizontal expuestos a un ambiente compuesto por aire, agua y aceite también. Los resultados para cada combinación de fluidos arrojan que, tanto la distribución temperatura volumétrica, como la distribución de temperatura en la pared del tubo son muy sensitivas a la presencia de la convección natural variable y de la radiación. Estos resultados con tan solo diez líneas concuerdan satisfactoriamente con los obtenidos por técnicas netamente numéricas utilizando mallas extremadamente finas. SUMMARY A study of the laminar forced convection in a horizontal tube as the fluid flow interchanges heat with the environment by natural convection only and by natural convection and combined radiation is presented. Consequently, the temperature difference between the tube's superficie and the environment changes along the length of the tube. The external convection coefficient, which depends on the temperature differences, also changes along the length of the tube. The inclusion of thermic radiation has an important role when cooling is done by natural convection. The problem cited before is reformulated with the line's method. This method generates a first order ordinary differencial equations system, which is resolved with Runge-Kutta's algorithm using a reduced number of radial intervaiues. With the results obtained, some of the industrial applications in which air, water and oil flows are used in horizontal tube exposed to the environment composed of also air, water and oil, are examined. The results for each fluid combination leads to the fact that volumetric temperature distribution as well as temperature distribution in the tube's wall, are very sensitive to the variable natural convection and the radiation presence. Theses results with only ten lines meet satisfactorily those obtained by techniques mostly numerical using extremely thin meshes.Peer Reviewe
