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Escalado, Complejidad y Aspectos de Diseño en Dinámica de Fluidos Computacional

Autores: Wang, Sheldon

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2021

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Acceso abierto

Artículo científico
2021

Escalado, Complejidad y Aspectos de Diseño en Dinámica de Fluidos Computacional


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Disponibilidad
Dinámica de fluidos computacional
Enfoques de perturbación
Escalado espacial
Escalas temporales
Diseños de ingeniería

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Con la disponibilidad de herramientas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) cada vez más eficientes y sofisticadas, los diseños de ingeniería también se están volviendo cada vez más impulsados por software. Sin embargo, las percepciones sobre los problemas de escalado temporal y espacial aún nos acompañan y, a menudo, están incrustadas en la complejidad y en muchos aspectos del diseño. En este artículo, al revisitar un problema de fuga en bombas de varilla de succión prevalentes en las industrias del petróleo, el autor desea demostrar la necesidad de utilizar enfoques de perturbación para sortear los desafíos multiescala en CFD con relaciones de aspecto espacial extremas y escalas temporales. En este estudio, el tamaño de la brecha entre la superficie exterior del émbolo y la superficie interior del barril se mide con un mil (una milésima de pulgada), mientras que la longitud axial del émbolo se mide en pulgadas o incluso pies. Las escalas temporales, es decir, los tiempos de relajación, se estiman con expansiones en funciones de Bessel para la región de flujo del anillo y expansiones en series de Fourier cuando se aproxima una región de flujo circular tan estrecha con una rectangular. Estas percepciones de ingeniería derivadas de los enfoques de perturbación han sido confirmadas con el uso de análisis CFD completos con herramientas computacionales sofisticadas, así como mediciones experimentales. Con estas confirmaciones, se han presentado nuevos estudios de perturbación sobre el problema de fuga de la varilla de succión con excentricidades. La tasa de flujo volumétrico o más bien la fuga debido a la diferencia de presión se calcula como una función cuadrática con respecto a la excentricidad, que coincide con la predicción y publicación tempranas con estudios CFD exhaustivos. En resumen, una combinación saludable de herramientas de modelado cada vez más poderosas junto con la física, las matemáticas y las percepciones de ingeniería con números adimensionales y enfoques de perturbación clásicos puede proporcionar una estrategia equilibrada, más flexible y eficiente en diseños de ingeniería complejos, considerando los espacios paramétricos y de fase.

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