Estudi i modelització computacional d'un bescanviador de calor

Abstract

El principal objetivo de este trabajo es la modelización mediante diversas técnicas de un intercambiador de calor de tubos concéntricos. En concreto se han utilizado métodos analíticos, simulaciones computacionales de dinámica de fluidos y teoría de control para tratar de caracterizar el comportamiento de intercambiador. Aparte se han llevado a cabo experimentos en el laboratorio de la EEBE con un intercambiador real para obtener datos con los que contrastar la fiabilidad de estos métodos. Después de exponer la teoría y los resultados de cada método de modelado se tratará su viabilidad. Por último, se concluirá con las dificultades encontradas durante el trabajo y las posibles mejoras en la metodología y el equipo utilizado. Los principales programas utilizados para las simulaciones del intercambiador han sido Comsol, para la simulación de fluidos y transferencia de calor computacional, y Simulink, para la simulación de la respuesta transitoria del intercambiador.

El principal objectiu d’aquest treball és la modelització mitjançant diverses tècniques d’un intercanviador de calor de tubs concèntrics. En concret s’han utilitzat mètodes analítics, simulacions computacionals de dinàmica de fluids i teoria de control per tractar de caracteritzar el comportament de l'intercanviador. A banda s’han dut a terme experiments al laboratori de la EEBE amb un intercanviador real per tal d’obtenir dades amb les quals contrastar la fiabilitat d’aquests mètodes. Després d'exposar la teoria i els resultats de cada mètode de modelatge es tractarà la seva viabilitat. Finalment, es conclourà amb les dificultats trobades durant el treball i les possibles millores en la metodologia i l'equip utilitzat. Els principals programes utilitzats per a les simulacions de l’intercanviador han estat Comsol, per a la simulació de fluids i transferència de calor computacional, i Simulink, per a la simulació de la resposta transitòria de l’intercanviador.

The main objective of this work is the modelling of a concentric tube heat exchanger using various techniques. Specifically, analytical methods, computational fluid dynamics simulations, and control theory were applied to characterize the behaviour of the heat exchanger. Additionally, experiments were conducted in the EEBE laboratory with a real heat exchanger to gather data for comparing the reliability of these methods. After presenting the theory and results of each modelling method, their feasibility is discussed. Finally, the thesis concludes with an examination of the difficulties encountered and suggestions for potential improvements to the methodology and equipment used. The main programs utilized for the heat exchanger simulations were Comsol, for fluid dynamics and computational heat transfer simulations, and Simulink, for analysing the transient response of the heat exchanger.