Low and medium solar heating systems used for domestic and industrial applications, such as water and space heating, usually utilize solar flat plate collectors in order to absorb solar thermal energy converting it into heat and then transferring the heat to a fluid (usually water or air) that flows through it. The aim of this study is to evaluate the solar flat plate collector’s efficiency and the fluid behavior inside the pipeline with three different cross sections, whose hydraulic diameters are 10, 5.12 and 6.16 mm, by using ANSYS Fluent. The results obtained from the Computational Fluid Dynamics (CFD) tool showed that the collector with the Type I cross section reached temperatures up to 330 K at the pipe outlet obtaining an efficiency of 68 %, higher than those of Types II and III, whose efficiencies were 51 % and 60 %, respectively. Type I cross section also presented the lowest values in both speed and pressure drop, these being 0.266 m/s and 108.3 Pa, respectively.

The present study aims to analyze the heat transfer variations in different models of shell and tube heat exchangers considering geometric variations in the baffle angles and in the tube’s profiles. Each baffle configuration and geometric variation in the profiles were tested under different mass flow rates (0.25, 0.5, 0.75, and 1 kg·s⁻¹) in the shell to study the heat transfer improvement. The models were simulated using a CFD simulation software ANSYS Fluent including an experimental geometry which was used to validate the simulation process. The experiment results are in good agreement with the CFD results. The analysis of the results shows that an angle of 60° in the baffles generated the highest heat flow (more than 40 kW) with an inclination to the cold flow inlet and a mixed distribution considering a mass flow rate of 1 kg·s⁻¹ in the shell. In addition, the horizontal elliptic profile achieved a heat flow higher than 29 kW with a mass flow rate of 0.5 kg·s⁻¹ in the shell.

There is a growing demand from the industrial sector and the population to cover the need for water temperature increases that can be covered with systems such as heat pumps. The present research aims to increase the heat transfer to the working fluid in a collector/evaporator, part of a solar-assisted direct expansion heat pump. This research was developed using a numerical analysis and by applying computational fluid dynamics; different simulations were performed to compare the performances of collector/evaporators with models exhibiting variations in the cross-section profile under similar conditions. An average incident solar radiation of 464.1 W·m⁻² was considered during the analysis. For the comparison, profiles with hexagon-, four-leaf clover-, and circular-shaped sections with floral shapes, among others, were analysed, resulting in a temperature increase at the outlet of the working fluid of 1.3 °C. In comparison, the collector/evaporator surface temperature varied between 4 and 13.8 °C, while the internal temperature of the fluid reached 11.21 °C. Finally, it is indicated that the best results were presented by analysing the profile corresponding to the circular section with the flower shape.

En este artículo se presenta el estudio numérico y comparativo del efecto de turbulencia en codos y dobleces para diámetros de una pulgada, mediante CFD y bajo las mismas condiciones de trabajo (velocidad, presión y temperatura), para determinar la fluctuación en la turbulencia de energía cinética entre estos dos accesorios variando los modelos de turbulencia. Se emplearon dos metodologías para esta investigación, kappa-épsilon (k- ε) y kappa-omega (k-ω). El método (k- ε) se divide en tres modelos: estándar, RNG y realizable, en los cuales se genera turbulencia de energía cinética y de disipación. El método (k-ω) también posee tres variantes: estándar, SST, BSL. El trabajo presenta una mayor turbulencia para el método de (k- ε) en energía cinética y de disipación bajo el modelo estándar tanto para codo como doblez, mientras que en el método (k-ω) se produce una mayor turbulencia de energía cinética en el modelo BSL para ambos accesorios, al igual que en el método (k- ε), el modelo estándar de (k-ω) representa una mayor turbulencia de frecuencia.

Ansys CFD Analysis of the Thermal Behavior of Coolant 134a in a Condenser within a Refrigeration Cycle

La presente investigación estudia una bomba de calor de expansión directa asistida por energía solar con un sistema de recirculación de agua. Los intercambiadores de calor utilizados fueron un colector/evaporador de cobre de 0.75 m2 y un condensador en forma de serpentín construido en tubería de cobre de 2.49 m de longitud y 8 espiras, inmerso en un tanque con 5 litros de agua. Para la recirculación del agua, se utilizó una bomba centrífuga de 20 L/min a 110 V. El compresor instalado es de velocidad variable a 12-24 V DC que utiliza R600a como fluido de trabajo. El dispositivo de expansión utilizado fue una válvula electrónica. Las pruebas experimentales se desarrollaron para una configuración con recirculación y sin recirculación de agua, considerando condiciones climáticas similares. De esta manera, se puede establecer cuál es la configuración que brinda un mayor rendimiento en el sistema. Para la obtención de datos de radiación solar, velocidad del viento y temperatura ambiente se empleó una estación meteorológica WS-1201. Este sistema proporcionó agua caliente sanitaria, a 45 °C en un tiempo entre 40 a 50 minutos dependiendo de las condiciones climáticas. El COP máximo del sistema con recirculación fue 9.83 un 8.04 % mayor que el sistema sin recirculación. El tiempo de calentamiento tardó 10 minutos menos para el sistema con recirculación, 16.67 % menos que al utilizar el sistema sin recirculación.