Coeficiente de Pérdida Menor para Cambios Abruptos de Sección en una Tubería Cilíndrica Usando un Enfoque Numérico
Autores: González, José; Meana-Fernández, Andrés; Pérez, Iván Vallejo; Oro, Jesús M. Fernández
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Coeficiente de Pérdida Menor para Cambios Abruptos de Sección en una Tubería Cilíndrica Usando un Enfoque Numérico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujo
Conductos cilíndricos
Simulación numérica
Cambios de sección
Cálculo de pérdidas menores
Datos experimentales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los cambios abruptos de sección son un problema clásico en el estudio del flujo en ductos o tuberías cilíndricas. Para su análisis, existe un amplio conjunto de datos de estudios previos, entre los cuales destacan algunos autores que serán mencionados. Estos trabajos anteriores se han utilizado para obtener resultados fiables en la resolución de cambios de sección a lo largo de una tubería, ya sea debido a aumentos o reducciones del área transversal en una base unidimensional. También se sabe que una simulación numérica 2D axisimétrica (CFD) podría encontrar un resultado consistente en comparación con datos experimentales en casi todos los campos de flujo de fluidos. La principal novedad del presente estudio es el desarrollo de un enfoque numérico simple utilizado para resolver el cálculo de pérdidas menores. En primer lugar, se desarrolla un análisis teórico, y luego se presentan los resultados de las simulaciones numéricas realizadas sobre el comportamiento que afecta la tasa de flujo de agua y aire en un cambio abrupto de sección, tanto para problemas de contracción como de expansión. En ambos casos, los resultados se analizan con diferentes mallas (discretizaciones) y modelos de turbulencia. Finalmente, los resultados numéricos obtenidos se comparan con los de la literatura técnica. Además, se presenta un enfoque teórico con el fin de mostrar un marco completo de la discusión. Los resultados clave son la evolución del coeficiente de pérdida en función del cambio de sección tanto para la contracción súbita como para la expansión del flujo en una tubería. Dado que los resultados siguen los valores experimentales existentes, se concluye que el modelo desarrollado proporciona una herramienta de diseño viable y rápida para analizar posibles cambios geométricos sin necesidad de realizar más experimentos.
Descripción
Los cambios abruptos de sección son un problema clásico en el estudio del flujo en ductos o tuberías cilíndricas. Para su análisis, existe un amplio conjunto de datos de estudios previos, entre los cuales destacan algunos autores que serán mencionados. Estos trabajos anteriores se han utilizado para obtener resultados fiables en la resolución de cambios de sección a lo largo de una tubería, ya sea debido a aumentos o reducciones del área transversal en una base unidimensional. También se sabe que una simulación numérica 2D axisimétrica (CFD) podría encontrar un resultado consistente en comparación con datos experimentales en casi todos los campos de flujo de fluidos. La principal novedad del presente estudio es el desarrollo de un enfoque numérico simple utilizado para resolver el cálculo de pérdidas menores. En primer lugar, se desarrolla un análisis teórico, y luego se presentan los resultados de las simulaciones numéricas realizadas sobre el comportamiento que afecta la tasa de flujo de agua y aire en un cambio abrupto de sección, tanto para problemas de contracción como de expansión. En ambos casos, los resultados se analizan con diferentes mallas (discretizaciones) y modelos de turbulencia. Finalmente, los resultados numéricos obtenidos se comparan con los de la literatura técnica. Además, se presenta un enfoque teórico con el fin de mostrar un marco completo de la discusión. Los resultados clave son la evolución del coeficiente de pérdida en función del cambio de sección tanto para la contracción súbita como para la expansión del flujo en una tubería. Dado que los resultados siguen los valores experimentales existentes, se concluye que el modelo desarrollado proporciona una herramienta de diseño viable y rápida para analizar posibles cambios geométricos sin necesidad de realizar más experimentos.