Científicos de la Universidad Politécnica de Tomsk han desarrollado un modelo de movimiento de flujos de aire e intercambio de calor en sistemas abiertos y cerrados. Puede ayudar a desarrollar sistemas de calefacción energéticamente eficientes, controles climáticos inteligentes y sistemas de monitoreo que serán útiles para predecir la propagación de sustancias peligrosas en caso de emergencias.
En la naturaleza y en la tecnología, la transferencia de calor y masa generalmente ocurre a través de flujos turbulentos. Aunque se han logrado avances significativos en el campo del modelado numérico de procesos termohidrodinámicos, la predicción precisa de los patrones de transferencia de calor y masa turbulenta sigue siendo una tarea seria.
Especialistas de la Escuela de Investigación Física de la TPU, que se especializa en el estudio de procesos con altas energías, han creado un modelo matemático innovador que combina las ventajas de varios enfoques. Este modelo es capaz de analizar eficazmente los flujos termogravitacionales turbulentos.
El modelo creado por los científicos es adecuado para cálculos paralelos de alto rendimiento en aceleradores gráficos (GPU). Es más fácil de usar y tiene una potencia de cálculo mejorada, ya que no requiere la resolución de la ecuación de continuidad estacionaria en cada paso de tiempo.
Además, el enfoque híbrido desarrollado por los científicos es más estable y requiere menos memoria operativa.
Hemos probado nuestro enfoque resolviendo problemas de referencia de convección natural turbulenta en espacios cerrados y comparando los resultados de la simulación numérica con datos experimentales conocidos. Los resultados de los experimentos computacionales mostraron que nuestro algoritmo híbrido converge más de cuatro veces más rápido en comparación con los métodos numéricos tradicionales de la mecánica de medios continuos.
Esto abre nuevos horizontes en el diseño de sistemas de calefacción energéticamente eficientes y permite controlar el microclima de las habitaciones en tiempo real.
Los investigadores tienen la intención de mejorar el algoritmo utilizando el modelado tridimensional, así como teniendo en cuenta el intercambio de calor radiante y convectivo. Esto permitirá acercar al máximo el modelo computacional a problemas de ingeniería reales, como la calefacción y refrigeración de locales residenciales y administrativos mediante un sistema panel-radiante, así como el monitoreo del microclima en salas de hospital y quirófanos en tiempo real.
Además, se planea integrar redes neuronales en el modelo híbrido, lo que permitirá obtener soluciones ultrarrápidas y relativamente precisas en problemas relacionados con la seguridad contra incendios y la propagación de sustancias tóxicas.
Anteriormente, el Instituto de Investigación Tecnológica de Izhevsk "Progreso", gestionado por la empresa "RT-Capital" de la Corporación Estatal Rostec, desarrolló un nuevo equipo único. Está diseñado para evaluar el consumo de agua en radiadores y convectores, así como para la medición de alta precisión del flujo de calor. La evaluación correcta del flujo de calor permite reducir significativamente los costos de operación de los sistemas de calefacción y los costos de capital durante su instalación.
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