EXPERIMENTACION Y MODELACION DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGIA CON CAMBIO DE FASE Y ONDAS SUPERFICIALES EN SISTEMAS ENERGETICOS CONVENCIONALES Y NUCLEARES

Año de inicio 2016
Organismo financiador AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION
Tipo de proyecto INV. COMPETITIVA PROYECTOS
Responsable científico Muñoz-Cobo González José Luís
Resumen La finalidad del proyecto coordinado de investigación EXMOTRANSIN, Experimentación y Modelación de Procesos de Transferencia de Energía con y sin Cambio de Fase y Ondas Superficiales en Sistemas Energéticos Convencionales y Nucleares, consiste en la realización y modelación de una serie de experimentos de efectos separados relacionados con la transferencia de calor con y sin cambio de fase que aparecen en sistemas energéticos, así como en un gran abanico de aplicaciones industriales como intercambiadores de calor, generadores de vapor, condensadores de seguridad pasiva en reactores nucleares de tercera generación, etcétera. Los sistemas de películas de líquido deslizándose en caída libre sobre superficies constituyen una categoría importante dentro de los sistemas líquido-vapor que utilizan la gravedad para conseguir el movimiento del fluido, la gran ventaja de estos sistemas es que poseen un muy buen desempeño en los procesos de transferencia de calor ya que (i) minimizan la resistencia térmica a la conducción en la película lo que es especialmente cierto en películas de líquido delgadas y laminares, ii) mejoran la transferencia capitalizando los remolinos turbulentos lo que es especialmente cierto en regímenes de alto flujo de líquido en la película, iii) mejoran la transferencia de calor, entre el 40% y el 80%, debido a las ondas superficiales que se producen en la inter-fase y que además favorecen el intercambio de masa, iv) Su carácter pasivo ya que al ser la gravedad la fuerza que impulsa estos sistemas los hace especialmente aptos para garantizar la viabilidad de la energía nuclear en el futuro. Todas estas razones explican el interés de este tipo de sistemas no solo en aplicaciones en sistemas de energía nuclear sino también en numerosos sistemas térmicos como condensadores, evaporadores, refrigeradores de tipo aspersión, columnas de destilación, reactores químicos. Las condiciones de experimentación a presiones superiores a 3 bars son muy novedosas, y muy cercanas a los casos reales, a estas presiones el intercambio de momento debido a la densidad de la mezcla vapor+aire difiere de la experimental a presión atmosférica, e incluso las burbujas de la ebullición son de tamaño considerablemente menor. Así pues, las correlaciones que se extraerán de los ensayos experimentales vienen a cubrir un hueco importante en la comunidad internacional, lo que permitirá reducir el error de predicción de las actuales. Se proponen en este proyecto una serie de experimentos de efectos separados dedicados fundamentalmente a comprender distintos aspectos de estos sistemas, así como los complejos fenómenos físicos que aparecen debido a la formación de ondas de estructura compleja incluso a números de Reynolds muy bajos. Todo ello agravado por los efectos de cambio de fase en los que interviene la presencia de ebullición subenfriada y evaporación en la superficie de la película, o la recondensación de vapor en la película. Por tanto se construirán diferentes instalaciones experimentales que permitan realizar ensayos en las condiciones marcadas y extraer resultados con gran precisión espacial y temporal. Datos que son demandados actualmente para poder desarrollar nuevos modelos en códigos de simulación termo-hidráulica o validar los existentes, ya sean estos códigos tipo CFD o códigos termo-hidráulicos nucleares tipo TRACE o RELAP.