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Inestabilidad del flujo laminar en tuberías: una perspectiva teórico-experimental

Autores: Durst, Franz; Zanoun, El-Sayed

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Inestabilidad del flujo laminar en tuberías: una perspectiva teórico-experimental


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Flujo de tubo laminar
Inestabilidad
Flujo secundario
Transición
Experimental

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este artículo revisita la estabilidad inherente teóricamente predicha del flujo laminar en tuberías completamente desarrollado, que permanece sin confirmación por evidencia experimental. Una teoría recientemente desarrollada sobre la estabilidad/inestabilidad del flujo en tuberías aborda la brecha entre las observaciones experimentales y las predicciones teóricas clásicas al tener en cuenta un flujo secundario paralelo a través de la capa de rugosidad de la tubería que acompaña al flujo principal. Este flujo secundario altera el perfil de velocidad cerca de la pared en la región de pared rugosa, creando un punto de inflexión que promueve inestabilidades inducidas por cizallamiento y desencadena la transición de laminar a turbulento. Se introduce un factor de estabilidad S=Dc/D, donde D es el diámetro nominal de la tubería y Dc se refiere al diámetro crítico de la tubería. El flujo en la tubería permanece laminar y estable para S>1.0, y se vuelve inestable para S<1. Se derivan teóricamente varios hallazgos experimentales, y se identifica la transición de laminar a turbulento en S=1.0. Se presta especial atención a la dependencia de la transición del flujo tanto en el diámetro de la tubería como en la longitud de la tubería. En lugar de depender de un número de Reynolds crítico Rec, este estudio propone el diámetro crítico de la tubería Dc como el parámetro clave que rige la inestabilidad del flujo laminar en tuberías, donde Rec se refiere aquí al umbral dependiente de la condición en el que el flujo laminar en tuberías se vuelve inestable y ocurre la transición a turbulencia. El análisis presente sugiere además que la inestabilidad surge solo si la longitud de la tubería L excede un umbral crítico Lc, es decir, L>Lc. El tratamiento teórico presentado proporciona una comprensión física más profunda sobre el inicio de la inestabilidad del flujo laminar en tuberías, incluyendo el fenómeno de la transición inversa. También distingue entre transiciones de flujo naturales y forzadas, proporcionando una comprensión refinada del proceso de transición. Finalmente, se hacen sugerencias para futuros trabajos experimentales para validar o desafiar aún más esta nueva perspectiva teórica sobre la inestabilidad del flujo en tuberías.

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