Binary file ./template_functions.inc.php matches
Aplicación del problema clásico de De Vahl Davis como estrategia didáctica en la enseñanza de los fenómenos de transporte en Ciencias de la Ingeniería - RIIIT
Aplicación del problema clásico de De Vahl Davis como estrategia didáctica en la enseñanza de los fenómenos de transporte en Ciencias de la Ingeniería
Tipo:
Articulos de Divulgación
Autor:
Molina-Herrera, F.I.*, Maldonado-Sierra, N.E., Jiménez-Islas, H.
Fecha:
2026-05-01
Descripción:
Este trabajo presenta un estudio numérico detallado de la convección natural en una cavidad bidimensional cuadrada calentada diferencialmente, basado en el problema clásico propuesto por De Vahl Davis (1983). El objetivo principal es emplear este caso de referencia como herramienta didáctica para fortalecer el aprendizaje de los fenómenos de transporte en la ingeniería. Para tal efecto, se resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes y de energía usando la aproximación de Boussinesq, considerando un amplio rango de números de Rayleigh (10³ a 10¹⁰), mediante el método de elementos finitos y la Simulación Numérica Directa (DNS). La validación del modelo y de la malla se lleva a cabo mediante el cálculo del número de Nusselt, la comparación de los resultados con datos reportados en la literatura, así como el análisis del balance macroscópico de energía en las superficies adiabáticas, con el fin de verificar la precisión de la malla y del modelo adimensional empleado. Adicionalmente, se emplea el método de colocación ortogonal con polinomios de Legendre como herramienta de verificación independiente, lo que corrobora la confiabilidad de la malla utilizada y del modelo adimensional presentado en este trabajo. Los resultados incluyen contornos de temperatura y campos de velocidad que permiten identificar con claridad la transición entre los regímenes de conducción de calor, convección laminar y turbulenta, así como la formación de capas límite térmicas y de estructuras complejas. Desde una perspectiva educativa, este estudio ofrece una plataforma visual, matemática y computacional para que los estudiantes desarrollen la intuición física, habilidades de modelado y capacidades de validación. En el ámbito industrial, los hallazgos permiten analizar con precisión sistemas en los que predomina la convección natural, como ocurre en cámaras de almacenamiento de alimentos, módulos electrónicos, procesos de esterilización de alimentos, procesos de convección durante el almacenamiento de granos, entre otros.
Palabras clave: Balances Macroscópicos y Microscópicos, Convección Natural, DNS, Fenómenos de Transporte.
;){kind=spacer}
