Estudio Numérico del Flujo de Gas Raro en Canales Divergentes de Longitud Finita a Diversas Relaciones de Presión
Autores: Tantos, Christos; Litovoli, Foteini; Teichmann, Tim; Sarris, Ioannis; Day, Christian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Estudio Numérico del Flujo de Gas Raro en Canales Divergentes de Longitud Finita a Diversas Relaciones de Presión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujos de gas
Canales divergentes
Caídas de presión
Rarefacción
Modelo cinético
Patrón de flujo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En el presente trabajo, se estudian los flujos de gas a través de canales divergentes impulsados por caídas de presión pequeñas, moderadas y grandes, considerando un amplio rango de rarefacción del gas, desde el límite molecular libre hasta el régimen de flujo de transición y hasta el régimen de deslizamiento temprano. El análisis se realiza utilizando el modelo cinético de Shakhov y aplicando el método DVM determinista. Se considera el problema completo de flujo en 4D al incluir los reservorios aguas arriba y aguas abajo. Se muestra un fuerte efecto de la geometría del canal en el patrón de flujo, con las distribuciones de las cantidades macroscópicas que difieren cualitativa y cuantitativamente de los flujos en canales rectos. El conjunto de datos de la tasa de flujo másico de la solución completa se compara con el conjunto correspondiente obtenido de la metodología cinética aproximada, que se basa en los datos de tasa de flujo másico completamente desarrollados disponibles en la literatura. Además, el uso del enfoque de efecto final mejora significativamente el rango de aplicabilidad de la metodología cinética aproximada. También se estudia la influencia de la temperatura de la pared en las características del flujo y se encuentra que es fuerte en los casos de menor rarefacción, siendo la tasa de flujo másico en estos casos una función decreciente de la temperatura de la pared. En general, se espera que el presente análisis sea útil en el desarrollo y optimización de dispositivos tecnológicos en tecnologías de vacío y aeroespaciales.
Descripción
En el presente trabajo, se estudian los flujos de gas a través de canales divergentes impulsados por caídas de presión pequeñas, moderadas y grandes, considerando un amplio rango de rarefacción del gas, desde el límite molecular libre hasta el régimen de flujo de transición y hasta el régimen de deslizamiento temprano. El análisis se realiza utilizando el modelo cinético de Shakhov y aplicando el método DVM determinista. Se considera el problema completo de flujo en 4D al incluir los reservorios aguas arriba y aguas abajo. Se muestra un fuerte efecto de la geometría del canal en el patrón de flujo, con las distribuciones de las cantidades macroscópicas que difieren cualitativa y cuantitativamente de los flujos en canales rectos. El conjunto de datos de la tasa de flujo másico de la solución completa se compara con el conjunto correspondiente obtenido de la metodología cinética aproximada, que se basa en los datos de tasa de flujo másico completamente desarrollados disponibles en la literatura. Además, el uso del enfoque de efecto final mejora significativamente el rango de aplicabilidad de la metodología cinética aproximada. También se estudia la influencia de la temperatura de la pared en las características del flujo y se encuentra que es fuerte en los casos de menor rarefacción, siendo la tasa de flujo másico en estos casos una función decreciente de la temperatura de la pared. En general, se espera que el presente análisis sea útil en el desarrollo y optimización de dispositivos tecnológicos en tecnologías de vacío y aeroespaciales.