Resolución por elementos finitos de las ecuaciones termohidráulicas del flujo de creeping plano

Abstract

Son muy frecuentes los problemas de intercambio de calor en reactores nucleares que deben ser tratados numéricamente teniendo en cuenta el flujo viscoso del fluido incompresible y la conducción y convección del calor en el mismo. El flujo se llama creeping cuando el término de inercia en la ecuación de Navier-Stokes puede ser omitido porque las partículas del fluido no sufren aceleraciones apreciables ya sea por moverse lentamente o por hacerlo casi en línea recta. Si además la viscosidad del fluido se supone independiente de la temperatura, la ecuación de Navier-Stokes queda desacoplada de la ecuación térmica y puede resolverse separadamente. En este caso, la solución dinámica, una vez determinada, se reemplaza en la ecuación térmica como dato, y la ecuación térmica se resuelve, obteniéndose la distribución final de temperatura. En el caso más general, la viscosidad del fluido, y también su densidad si fuera necesario, se consideran funciones de la temperatura. Este caso se resuelve iterativamente: primero se suponen valores conocidos fijos para los parámetros, se resuelve el problema térmico, se calculan nuevos valores para los parámetros, y se continúa iterando hasta obtener convergencia. Ambos casos pueden ser tratados en 2 dimensiones con el programa BIARM0N2 que aquí presentamos y que es una extensión y generalización del programa BIARM0N1. Por otra parte, la ecuación cuasi-bi-armónica que rige el flujo de creeping y que este programa resuelve, es la misma ecuación que rige la deformación estática de placas: por lo tanto, también se pueden resolver problemas de placas con bordes apoyados y/o empotrados, con o sin apoyos intermedios , con cargas arbitrarias y de forma y espesor irregulares.