EFECTO TÉRMICO DE LAS PAREDES LATERALES

EFECTO TÉRMICO DE LAS PAREDES LATERALES SOBRE
EL FLUJO RAYLEIGH-BÉNARD
J. Pallarès, F. X. Grau y F. Giralt*
Universitat Rovira i Virgili
Escola Tècnica Superior d'Enginyeria
Departament d'Enginyeria Elèctrica i Mecànica
(*) Departament d'Enginyeria Química
Autovia de Salou s/n.
43006-Tarragona.
1.RESUMEN
El estudio de flujos de convección natural en cavidades cerradas
calentadas por la parte inferior ha recibido considerable atención en las
últimas décadas debido a las múltiples aplicaciones prácticas en campos de
interés como la ingeniería o como las ciencias ambientales. Por otro lado, la
importancia teórica de este tipo flujo confinado reside en el hecho que
proporciona una buena situación física para el estudio de un sistema
disipasivo governado por ecuaciones diferenciales no lineales acopladas
que presenta múltiples soluciones para un determinado conjunto de
parámetros. Cuando el calentamiento se efectúa por la parte inferior de la
cavidad se provoca una distribución de temperaturas potencialmente
inestable en el fluido. El movimiento convectivo en esta situación, conocida
como convección de Rayleigh-Bénard (R-B) se inicia si el incremento de
temperaturas entre las superficies superior y inferior proporciona suficiente
energía al fluido para vencer la resistencia del efecto de la viscosidad y de la
difusividad térmica. Este punto crítico, caracterizado por el número de
Rayleigh, depende fuertemente de las relaciones de aspecto cuando estas
son inferiores a 2 así como de la naturaleza térmica de las paredes laterales.
Se observa que el aumento de conductividad de las paredes laterales retrasa
la aparición de esta primera bifurcación debido a la posibilidad de
transferencia de calor entre el fluido y las paredes laterales.
En condiciones supercríticas el tipo de condiciones de contorno
térmicas laterales afectan de manera notable al flujo convectivo. Éstas
pueden clasificarse dependiendo de la relación de conductividades térmicas
del fluido y del material de las paredes verticales. Así para relaciones
grandes se considera la cavidad aislada térmicamente mientras que para
relaciones pequeñas la distribución de temperaturas en las paredes laterales
es lineal, correspondiendo esta situación a unas paredes perfectamente
conductoras. El primer caso, es de especial interés debido a que la totalidad
del flujo de calor es transportado por el fluido desde la superficie inferior a
la superior siendo las paredes verticales térmicamente inactivas. La
distribución de temperaturas en las paredes laterales adopta la forma que el
flujo moldea. La situación de paredes perfectamente conductoras permite la
transferencia de calor entre éstas y el fluido manteniéndose la distribución
lineal de temperaturas en el sólido.
La conductividad de estos materiales y la del fluido, el espesor de las
paredes y el régimen de flujo definen la transferencia de calor desde la celda
convectiva hacia los laterales. En el presente trabajo se analiza la
transferencia de calor entre el fluido (Pr=130) y las paredes laterales, así
como su efecto en el flujo convectivo para cavidades 1x1 y 2x1 y para
números de Rayleigh de 104 y 3x104.