Simulación numérica de chorros de agua a alta presión en aire mediante un modelo de turbulencia de mezcla elíptica: un estudio paramétrico
Autores: Yang, Xianglong; Yang, Lei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Simulación numérica de chorros de agua a alta presión en aire mediante un modelo de turbulencia de mezcla elíptica: un estudio paramétrico
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Simulaciones numéricas
Chorros de agua a alta presión
Enfoque de modelado de turbulencia
Distribución de presión de impacto
Efectos del modelo de turbulencia
Tensión superficial.
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Se realizaron simulaciones numéricas para investigar chorros de agua a alta presión en aire. Se empleó el modelo euleriano multifásico como marco computacional. A través de la simulación de un chorro de agua a alta presión impactando en una placa plana, se examinaron inicialmente dos metodologías de tratamiento de turbulencia, demostrando que el enfoque de modelado de turbulencia de mezcla exhibe una capacidad predictiva superior en comparación con el enfoque de modelado de turbulencia por fase. El análisis posterior se centró en evaluar los efectos del modelo de turbulencia en la distribución de la presión de impacto en la placa plana. Los resultados obtenidos del modelo de turbulencia de mezcla de mezcla elíptica (el modelo SST) y los otros dos modelos de turbulencia de dos ecuaciones estándar de la industria (el modelo realizable y el modelo SST) fueron comparativamente analizados con datos experimentales. El análisis reveló que el modelo SST muestra una precisión superior cerca de la región de estancamiento. Los efectos del diámetro de la burbuja y la tensión superficial fueron examinados más a fondo. El análisis cuantitativo indicó que la presión de impacto disminuye con la disminución del diámetro de la burbuja hasta alcanzar un umbral crítico, por debajo del cual las variaciones de diámetro ejercen una influencia negligente. Además, se encontró que los efectos de la tensión superficial son insignificantes para las predicciones de presión de impacto cuando la distancia de boquilla a placa se mantuvo por debajo de 100 diámetros de boquilla. Se realizaron simulaciones de chorros de agua a alta presión libre para evaluar la capacidad del modelo para predecir la dinámica del chorro a larga distancia. Mientras que el perfil de velocidad axial mostró un acuerdo satisfactorio con las mediciones experimentales dentro de 200, las discrepancias en la predicción de la fracción de volumen de agua a lo largo del eje del chorro sugirieron limitaciones en el modelado de la interfaz de fase en distancias de propagación extendidas.
Descripción
Se realizaron simulaciones numéricas para investigar chorros de agua a alta presión en aire. Se empleó el modelo euleriano multifásico como marco computacional. A través de la simulación de un chorro de agua a alta presión impactando en una placa plana, se examinaron inicialmente dos metodologías de tratamiento de turbulencia, demostrando que el enfoque de modelado de turbulencia de mezcla exhibe una capacidad predictiva superior en comparación con el enfoque de modelado de turbulencia por fase. El análisis posterior se centró en evaluar los efectos del modelo de turbulencia en la distribución de la presión de impacto en la placa plana. Los resultados obtenidos del modelo de turbulencia de mezcla de mezcla elíptica (el modelo SST) y los otros dos modelos de turbulencia de dos ecuaciones estándar de la industria (el modelo realizable y el modelo SST) fueron comparativamente analizados con datos experimentales. El análisis reveló que el modelo SST muestra una precisión superior cerca de la región de estancamiento. Los efectos del diámetro de la burbuja y la tensión superficial fueron examinados más a fondo. El análisis cuantitativo indicó que la presión de impacto disminuye con la disminución del diámetro de la burbuja hasta alcanzar un umbral crítico, por debajo del cual las variaciones de diámetro ejercen una influencia negligente. Además, se encontró que los efectos de la tensión superficial son insignificantes para las predicciones de presión de impacto cuando la distancia de boquilla a placa se mantuvo por debajo de 100 diámetros de boquilla. Se realizaron simulaciones de chorros de agua a alta presión libre para evaluar la capacidad del modelo para predecir la dinámica del chorro a larga distancia. Mientras que el perfil de velocidad axial mostró un acuerdo satisfactorio con las mediciones experimentales dentro de 200, las discrepancias en la predicción de la fracción de volumen de agua a lo largo del eje del chorro sugirieron limitaciones en el modelado de la interfaz de fase en distancias de propagación extendidas.