Influencia de la Fracción de Masa de Partículas sobre el Comportamiento Turbulento de un Flujo Cargado de Partículas Incompresible
Autores: Duque-Daza, Carlos Alberto; Ramirez-Pastran, Jesus; Lain, Santiago
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Influencia de la Fracción de Masa de Partículas sobre el Comportamiento Turbulento de un Flujo Cargado de Partículas Incompresible
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Partículas sólidas
Flujo turbulento
Fracción de masa
Números de Reynolds
Estadísticas de turbulencia
Perfiles de velocidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La presencia de partículas sólidas esféricas sumergidas en un flujo turbulento incompresible fue investigada numéricamente desde la perspectiva de la fracción de masa de partículas (PMF o m), una medida de la relación de masa entre partículas y fluido. Aunque se han reportado varios cambios diferentes que se obtienen por la presencia de partículas sólidas en flujos turbulentos incompresibles, el presente estudio informa los hallazgos de la variación de m en el comportamiento turbulento del flujo, incluyendo aspectos como: estadísticas turbulentas, coeficiente de fricción de la piel y la dinámica general de un flujo cargado de partículas. Para este propósito, se empleó un modelo de flujo conceptual de canal turbulento cargado de partículas que transporta partículas sólidas a tres diferentes números de Reynolds de fricción, a saber, Re=180, 365 y 950, con una fracción de volumen de partículas fija de v=10-3, y se simuló utilizando simulaciones de grandes remolinos. El valor adoptado para v permitió el uso de un enfoque de acoplamiento bidireccional entre las partículas y el flujo o fase portadora. Se exploraron tres valores diferentes de m en este trabajo: m~1, 2.96 y 12.4. La evaluación del efecto de m se realizó examinando cambios en los perfiles de velocidad media, perfiles de fluctuación de velocidad y una serie de otras estadísticas de turbulencia relevantes. Nuestros resultados muestran que se logra una atenuación de la actividad turbulenta de la fase portadora, y que dicha atenuación aumenta con m a números de Reynolds y v fijos. Para el caso del número de Reynolds más pequeño considerado, los flujos que transportan partículas con un m más alto exhibieron menores requisitos de energía para mantener condiciones constantes de flujo de masa de fluido. Al examinar el campo de velocidad del flujo, así como los contornos de los componentes de velocidad instantánea, se muestra que la atenuación actúa incluso en las escalas más grandes de la dinámica del flujo, y no solo en los niveles más pequeños. Estos hallazgos refuerzan el concepto de un efecto estabilizador selectivo inducido por las partículas sólidas, particularmente mejorado por altos valores de m, que eventualmente podría ser explotado para mejorar la eficiencia energética de sistemas de transporte de tuberías o partículas equivalentes.
Descripción
La presencia de partículas sólidas esféricas sumergidas en un flujo turbulento incompresible fue investigada numéricamente desde la perspectiva de la fracción de masa de partículas (PMF o m), una medida de la relación de masa entre partículas y fluido. Aunque se han reportado varios cambios diferentes que se obtienen por la presencia de partículas sólidas en flujos turbulentos incompresibles, el presente estudio informa los hallazgos de la variación de m en el comportamiento turbulento del flujo, incluyendo aspectos como: estadísticas turbulentas, coeficiente de fricción de la piel y la dinámica general de un flujo cargado de partículas. Para este propósito, se empleó un modelo de flujo conceptual de canal turbulento cargado de partículas que transporta partículas sólidas a tres diferentes números de Reynolds de fricción, a saber, Re=180, 365 y 950, con una fracción de volumen de partículas fija de v=10-3, y se simuló utilizando simulaciones de grandes remolinos. El valor adoptado para v permitió el uso de un enfoque de acoplamiento bidireccional entre las partículas y el flujo o fase portadora. Se exploraron tres valores diferentes de m en este trabajo: m~1, 2.96 y 12.4. La evaluación del efecto de m se realizó examinando cambios en los perfiles de velocidad media, perfiles de fluctuación de velocidad y una serie de otras estadísticas de turbulencia relevantes. Nuestros resultados muestran que se logra una atenuación de la actividad turbulenta de la fase portadora, y que dicha atenuación aumenta con m a números de Reynolds y v fijos. Para el caso del número de Reynolds más pequeño considerado, los flujos que transportan partículas con un m más alto exhibieron menores requisitos de energía para mantener condiciones constantes de flujo de masa de fluido. Al examinar el campo de velocidad del flujo, así como los contornos de los componentes de velocidad instantánea, se muestra que la atenuación actúa incluso en las escalas más grandes de la dinámica del flujo, y no solo en los niveles más pequeños. Estos hallazgos refuerzan el concepto de un efecto estabilizador selectivo inducido por las partículas sólidas, particularmente mejorado por altos valores de m, que eventualmente podría ser explotado para mejorar la eficiencia energética de sistemas de transporte de tuberías o partículas equivalentes.