Evaluación de alternativas para el modelado combinado de cavidades de gas y fricción no uniforme en transitorios de tuberías cerradas
Autores: Pinto, Stephanie Iris G.; Vasconcelos, Jose G.; Soares, Alexandre K.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Evaluación de alternativas para el modelado combinado de cavidades de gas y fricción no uniforme en transitorios de tuberías cerradas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Transitorios hidráulicos
Sistemas de tuberías presurizadas
Aire atrapado
Cavidades de gas
Valores de celeridad
Modelado de flujo transitorio
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los transitorios hidráulicos en sistemas de tuberías presurizadas están significativamente influenciados por la presencia de aire atrapado, lo que altera la propagación de ondas a través de un aumento en la compresibilidad y la disipación de energía. Los modelos de cavidad discreta tradicionales, como el Modelo de Cavidad de Gas Discreta (DGCM), a menudo asumen una celeridad de onda constante, lo que limita su precisión en condiciones de alto contenido de gas. Este estudio evaluó diferentes enfoques para representar los efectos de las cavidades de gas y la fricción no uniforme en transitorios de tuberías cerradas. El trabajo introduce el Modelo de Cavidad de Gas de Celeridad Ajustable (AGCM), una formulación que acopla explícitamente el volumen de aire local y la presión a valores de celeridad ajustados dinámicamente. Se consideran dos variantes, un enfoque no iterativo (AGCM.v1) y un enfoque iterativo (AGCM.v2), este último asegurando consistencia entre la carga de presión y la celeridad en cada paso de tiempo. Los modelos fueron evaluados a través de simulaciones numéricas utilizando tanto conjuntos de datos experimentales como un caso de prueba hipotético con fracciones de aire crecientes. Los resultados muestran que el AGCM fue capaz de representar magnitudes de celeridad en flujos no uniformes con grandes fracciones de aire. Además, mientras que los modelos de celeridad constante funcionan bien en condiciones de bajo contenido de aire, las formulaciones de celeridad variable ofrecen una mejor consistencia en la predicción de amplitudes de onda y dinámicas de celeridad a medida que aumenta el contenido de gas. Estos hallazgos subrayan la importancia del acoplamiento de celeridad dinámica en la modelización de flujos transitorios y validan el AGCM como un enfoque útil para la modelización transitoria en condiciones con mayores fracciones de fase de aire.
Descripción
Los transitorios hidráulicos en sistemas de tuberías presurizadas están significativamente influenciados por la presencia de aire atrapado, lo que altera la propagación de ondas a través de un aumento en la compresibilidad y la disipación de energía. Los modelos de cavidad discreta tradicionales, como el Modelo de Cavidad de Gas Discreta (DGCM), a menudo asumen una celeridad de onda constante, lo que limita su precisión en condiciones de alto contenido de gas. Este estudio evaluó diferentes enfoques para representar los efectos de las cavidades de gas y la fricción no uniforme en transitorios de tuberías cerradas. El trabajo introduce el Modelo de Cavidad de Gas de Celeridad Ajustable (AGCM), una formulación que acopla explícitamente el volumen de aire local y la presión a valores de celeridad ajustados dinámicamente. Se consideran dos variantes, un enfoque no iterativo (AGCM.v1) y un enfoque iterativo (AGCM.v2), este último asegurando consistencia entre la carga de presión y la celeridad en cada paso de tiempo. Los modelos fueron evaluados a través de simulaciones numéricas utilizando tanto conjuntos de datos experimentales como un caso de prueba hipotético con fracciones de aire crecientes. Los resultados muestran que el AGCM fue capaz de representar magnitudes de celeridad en flujos no uniformes con grandes fracciones de aire. Además, mientras que los modelos de celeridad constante funcionan bien en condiciones de bajo contenido de aire, las formulaciones de celeridad variable ofrecen una mejor consistencia en la predicción de amplitudes de onda y dinámicas de celeridad a medida que aumenta el contenido de gas. Estos hallazgos subrayan la importancia del acoplamiento de celeridad dinámica en la modelización de flujos transitorios y validan el AGCM como un enfoque útil para la modelización transitoria en condiciones con mayores fracciones de fase de aire.