Mejora de la transmisión de calor en tubos circulares lisos mediante la inserción de muelles en espiral

Résumé

La presente Tesis Doctoral muestra un estudio detallado del comportamiento termo-hidráulico de muelles en espiral insertados en tubos lisos de sección circular. La metodología de trabajo ha sido principalmente experimental, donde los resultados de factor de fricción y número de Nusselt han sido correlacionados en función de los números adimensionales de los que depende el problema. Además se han realizado estudios de visualización del flujo relacionando las características del mismo con los resultados experimentales de pérdida de presión y transferencia de calor. En primer lugar se ha estudiado el comportamiento de los muelles en régimen laminar y de transición. Los resultados han mostrado que a números de Reynolds por debajo de 200, el flujo permanece prácticamente inalterado. A números de Reynolds mayores de 200 el flujo laminar está fuertemente perturbado por el muelle, produciéndose un aumento de la transferencia de calor muy notable. El muelle impide el establecimiento de las recirculaciones transversales que los efectos de flotación provocan en tubos horizontales y la transmisión de calor se produce siempre convección forzada pura. Los muelles producen un adelanto de la transición a números de Reynolds entre 700 y 1000 en función de su geometría. Las características del flujo en esta región han quedado determinadas empleando la técnica de visualización del flujo por burbujas de hidrógeno así como la medición del campo de velocidades mediante Velocimetría por Imagen de Partículas (PIV) El estudio del comportamiento de los muelles en régimen turbulento se realizado de forma minuciosa y para una familia de seis muelles en espiral. Destacar las correlaciones aportadas para el factor de fricción de Fanning y para el número de Nusselt para la familia de muelles válidas para números de Reynolds entre 1200 y 90 000 y números de Prandtl entre 2,7 y 160.