Consideraciones físicas

LFlujo laminar y turbulento

Para velocidades bajas, el flujo de partículas se mueve de acuerdo a una serie de capas de clara disposición, siendo este conocido como flujo laminar. Para velocidades altas, el flujo se caracteriza por tres dimensiones y movimientos estocásticos; y se conoce como flujo turbulento. La velocidad puede ser medida en función del tiempo, pero varía en torno a ciertos valores medios. Al aumentar la velocidad de un flujo laminar inicialmente, se convertirá en una estructura turbulenta después de superar un determinado valor. A través del encendido de los ventiladores, se creará un flujo turbulento debido a las altas velocidades, así como un fuerte remolino.


Flujo turbulento después de la esfera

Incluso ordenadores de alta potencia no pueden resolver directamente las ecuaciones de flujo turbulento para aplicaciones industriales prácticas. Para las simulaciones numéricas aún quedan muchas cuestiones sin resolver, por tanto, se realizan simplificaciones con el fin de resolver las ecuaciones de flujo. Por consiguiente, es necesario simplificar las ecuaciones que rigen. Se pueden emplear diferentes modelos de turbulencias, por el promedio de las oscilaciones no turbulentas estacionarias; Las herramientas de cálculo CFD y las simplificaciones difieren para distintos modelos de turbulencia, sobre todo para el perfil de velocidades cerca de las paredes.

Conducción, convección

En un sólido, el calor se transporta por conducción. La conducción se caracteriza por el coeficiente de conducción λ. En un líquido que fluye o en un gas, el calor también puede ser transportado a través del flujo. Esto se denomina convección y se caracteriza por el coeficiente de transferencia de calor α. Cuando el fluido de refrigeración es empujado a través de la máquina, por ejemplo, mediante el uso de ventiladores, el fenómeno de refrigeración se denomina convección forzada.

Cuando el medio de refrigeración no es acelerado por ventiladores ni por el giro de un rotor, un flujo laminar puede aumentar debido a las diferencias de temperatura y a las diferencias de densidad resultantes. Este fenómeno. El calor resultante de transferencia entre los sólidos y el medio de enfriamiento se denomina convección libre, debido a la dependencia del tiempo de este fenómeno, los cálculos CFD deben de realizarse en los intervalos de tiempo adecuados.


Temperaturas de la superficie del motor eléctrico del tutorial de E-Cooling

A través de la elección de la opción de transferencia de calor, se resolverá la ecuación de energía, además de las ecuaciones de continuidad y de momento. La ecuación de la energía relaciona las diferencias de temperatura, los flujos de calor y los gradientes de velocidad, teniendo en cuenta la conducción, así como la convección.

Radiación de calor

La radiación de calor se puede calcular mediante el establecimiento de la correspondiente opción en el programa de CFD. La densidad de calor irradiado por la superficie tiene en cuenta las diferencias de temperatura a la potencia 4, por lo tanto, el calor radiado sólo es efectivo para altas temperaturas.

 

 

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