Transferencia de calor entre un medio poroso y un fluido - Aguilar Madera, Carlos Gilberto (Universidad Autónoma Metropolitana, 2011)
El modelado del transporte de calor entre dos distintas regiones homogéneas, como las de un medio poroso y una región de fluido libre puede llevarse a cabo mediante dos diferentes alternativas. La primera consiste en utilizar una sola ecuación efectiva válida en todo el sistema con coeficientes dependientes de la posición (modelo de un solo dominio). Tales coeficientes pueden experimentar variaciones rápidas en la zona donde ocurren cambios significativos en la microestructura (inter-región). En la segunda alternativa se utiliza una ecuación efectiva con coeficientes constantes para cada región homogénea (modelo de dos dominios). Esto crea la necesidad de introducir una frontera hipotética (superficie divisoria) que separe a las regiones homogéneas, y a la cual se le asocien las condiciones de frontera que acoplan a las ecuaciones efectivas de las regiones adyacentes. Se ha demostrado que ambos modelos se encuentran relacionados principalmente mediante la información contenida en la inter-región. En el presente trabajo se utiliza el método del promedio volumétrico para derivar las ecuaciones efectivas del modelo de un solo dominio, para el transporte de calor convectivo y difusivo bajo equilibrio y no equilibrio local térmico. Además, se derivan y resuelven los problemas de cerradura que permiten predecir las variaciones espaciales de los coeficientes efectivos. Ya con el modelo cerrado, ´este se resolvió y los perfiles de temperatura se compararon con resultados de simulaciones numéricas directas y en un caso de aplicación práctica. Finalmente, con la disponibilidad de las variaciones espaciales de los coeficientes efectivos, se derivan las condiciones de salto para la temperatura y el flux de calor y se predicen los coeficientes que contienen mediante la solución de los problemas de cerradura macroscópicos asociados. Como ejemplo, se estudia el caso de transporte de calor unidireccional, transitorio y conductivo de calor.