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Experimental analysis and computational simulation of heat transfer in a radiator
Análisis experimental y simulación computacional de la transferencia de calor en un radiador
DOI:
https://doi.org/10.15446/dyna.v92n239.119111Palabras clave:
Radiator, Heat transfer, CFD (Computational Fluid Dynamics, Thermal efficiency, Thermal design (en)Radiador, Transferencia de calor, CFD (Dinámica de Fluidos Computacional), Eficiencia térmica, Diseño térmico (es)
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This study analyzes the thermal performance of a 4.1 dm³ engine radiator through experimental tests and CFD simulations using ANSYS Fluent. The effects of materials, tube geometry, and flow conditions on heat transfer and thermal efficiency were evaluated. The results show that copper tubes enhance heat transfer by 18% but increase pressure drop by 4.44%. Additionally, increasing air velocity improves thermal efficiency by 3.74%, suggesting that specific improvements in fin design could enhance performance without increasing energy consumption. The study validates the use of CFD as a reliable tool for analyzing cooling systems in engines, benefiting the automotive industry with more efficient radiators. These improvements can be extended to hybrid and electric vehicles, as well as industrial heat exchangers, contributing to more sustainable thermal management. The main scientific contributions of this work are: (i) the experimental validation of a CFD model applied to an automotive radiator under transitional flow regime, (ii) the quantitative evaluation of the effects of copper tubes on thermal efficiency and pressure drop, and (iii) the detailed analysis of air velocity impact on heat transfer and its implications for radiator thermal design.
Este estudio analiza el rendimiento térmico de un radiador de motor de 4.1 dm³ mediante pruebas experimentales y simulaciones CFD en ANSYS Fluent. Se evaluaron los efectos de materiales, geometría de tubos y condiciones de flujo en la transferencia de calor y eficiencia térmica. Los resultados muestran que los tubos de cobre mejoran la transferencia de calor en un 18%, pero aumentan la caída de presión en un 4.44%. Además, incrementar la velocidad del aire mejora la eficiencia térmica en un 3.74%, lo que sugiere que ciertas mejoras en el diseño de las aletas podrían aumentar el desempeño sin afectar el consumo energético. El estudio valida el uso de CFD como herramienta confiable para el análisis de sistemas de enfriamiento en motores, beneficiando a la industria automotriz con radiadores más eficientes. Estas mejoras pueden extenderse a vehículos híbridos y eléctricos, así como a intercambiadores de calor industriales, contribuyendo a una gestión térmica más sostenible. Las principales contribuciones científicas de este trabajo son: (i) la validación experimental de un modelo CFD aplicado a un radiador automotriz en régimen de flujo transitorio, (ii) la evaluación cuantitativa del efecto de los tubos de cobre sobre la eficiencia térmica y la caída de presión, y (iii) el análisis detallado del impacto de la velocidad del aire en la transferencia de calor y sus implicaciones en el diseño térmico del radiador.
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