Estudio y simulación del conducto de ventilación y de la temperatura del interior de un autobús mediante OpenFOAM

López Sánchez, Sergio (2017). Estudio y simulación del conducto de ventilación y de la temperatura del interior de un autobús mediante OpenFOAM. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Estudio y simulación del conducto de ventilación y de la temperatura del interior de un autobús mediante OpenFOAM
Autor/es:
  • López Sánchez, Sergio
Director/es:
  • Alcalá Fazio, Enrique
  • Martín López, Ángel Luis
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Diciembre 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: simulación CFD, OpenFOAM, SimScale, Paraview, autobús, aire acondicionado y ventilación, HVAC, solver simplefoam, solver chtMultiRegionFoam, Conjugate Heat Transfer (CHT), modelos k-épsilon estándar y k-omega SST, RANS, mallado, elementos finitos, medidor multifunción Velocicalc, cámara térmica ThermaCAM SC2000 y ThermaCAM Researcher
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Mecánica
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

En este Trabajo Fin de Grado se han realizado dos estudios diferentes sobre el sistema de aire acondicionado de un autobús. En ambos se han realizado simulaciones mediante OpenFOAM. La primera parte del trabajo trata sobre el estudio del conducto de ventilación de un autobús. En los modelos del conducto del aire se ha utilizado el solver simplefoam de OpenFOAM para fluidos incompresibles, que utiliza el algoritmo SIMPLE, considerando flujo estacionario (steady-state). En este estudio se van a analizar fundamentalmente tres aspectos que pueden influir en los resultados: el número de salidas en cada fila, la posición de la entrada de aire (inlet) y el modelo de turbulencia empleado. Para analizar todas estas características en los diferentes modelos, se va a tomar un modelo como base que se usará como referencia en las comparativas realizadas. Las variables que se van a analizar son el tiempo de simulación, el vector velocidad, la energía cinética turbulenta, la velocidad de disipación específica, la viscosidad turbulenta cinemática y la presión. Además, se comprobará que en los diferentes modelos se cumple la conservación de la masa. La segunda parte del proyecto versa sobre el estudio de la temperatura del interior de un autobús. En este caso, se realizó un ensayo de toma de datos en un autobús de la marca Hyundai cedido al INSIA. Este ensayo se realizó con el aire acondicionado en modo automático. El ensayo constaba de dos partes simultáneas: - Toma de la temperatura y velocidad de salida del aire acondicionado mediante un medidor multifunción Velocicalc de la marca TSI. - Captura de termografías de un asiento mediante una cámara térmica ThermaCAM SC2000 de la marca FLIR. Una vez recopilados todos los datos del ensayo, estos se pasaron a un archivo Excel. Para poder visualizar las imágenes grabadas por la cámara térmica se utilizó el programa ThermaCAM Researcher. Con este programa se calculó la temperatura media del respaldo en cada instante grabado durante el ensayo y se introdujeron los nuevos valores al Excel. El objetivo de este estudio es comparar los resultados de la simulación realizada con OpenFOAM con los datos obtenidos en el ensayo real para comprobar si el modelo de la simulación es válido. En este caso, la geometría a evaluar es el interior de un autobús. Debido a los altos tiempos que eran necesarios para simular un autobús completo, se decidió aplicar condiciones de simetría y hacer un modelo de una parte concreta del autobús que se pudiera considerar una unidad repetitiva. Este modelo está formado por el aire interior, el aire exterior, una ventana, dos asientos y las fundas de los asientos. En cuanto a la simulación, en el caso del interior del autobús, se utilizó un análisis de transferencia de calor conjugada o Conjugate Heat Transfer (CHT) usando el solver chtMultiRegionFoam de OpenFOAM. Este tipo de análisis permite simular transferencia de calor entre dominios sólidos y fluidos mediante el intercambio de energía térmica en las interfaces situadas entre los distintos dominios. El modelo de turbulencia elegido es el kOmega-SST en modo transitorio. Para poder simular lo ocurrido en el ensayo real, se establecen como condiciones de contorno la velocidad y la temperatura con las que el aire accede por las entradas de aire (inlet) a partir de los datos recabados durante el ensayo en el autobús. A continuación, se detallan los resultados obtenidos en los modelos simulados. Hay que mencionar que a la hora de simular los modelos del interior del autobús, en todos los casos surgieron errores o irregularidades en el programa que forzaron la parada del cálculo por parte del usuario. Sin embargo, hay que tener en cuenta que al ser una simulación en modo transitorio de una geometría grande, compleja y con muchos cuerpos, es bastante común que surja algún problema durante la simulación. Posiblemente, un mallado superior habría solucionado los problemas surgidos durante la simulación. No obstante, esto habría incrementado enormemente el tiempo necesario para simular el modelo. No obstante, a pesar de que las simulaciones no llegaran a concluir, se realizó una extrapolación de los datos existentes mediante líneas de tendencia. En la comparación realizada en el apartado de resultados de las diferentes curvas se observó que los valores simulados se encontraban muy próximos a las temperaturas medidas en el ensayo real. Por lo tanto, se puede concluir que el segundo modelo simulado del interior del autobús puede representar con cierta similitud la evolución de la temperatura y el comportamiento del aire suministrado al interior de un autobús por el sistema de ventilación.

Más información

ID de Registro: 49271
Identificador DC: http://oa.upm.es/49271/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:49271
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 25 Ene 2018 09:38
Ultima Modificación: 26 Abr 2018 10:31
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