Un Método de Corrección Inducido por Vórtices para la Predicción de Pérdida de Presión en la Teoría de Redes de Fluidos
Autores: Wang, Xiaoping; Liang, Liqiang; Song, Qingsong; Ji, Yunguang; Sun, Mingxu; Li, Hongtao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Un Método de Corrección Inducido por Vórtices para la Predicción de Pérdida de Presión en la Teoría de Redes de Fluidos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Teoría de redes fluidas tradicionales
Pérdidas de presión
Sistemas de paquetes de tuberías
Método de corrección basado en vórtices
Simulaciones tridimensionales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La teoría tradicional de redes de fluidos a menudo subestima las pérdidas de presión en sistemas complejos de racimos de tuberías que operan bajo condiciones de flujo dominadas por vórtices, con desviaciones que superan el 20% en muchos casos. Para abordar esta limitación, este estudio propone un método de corrección basado en vórtices. Se realizaron simulaciones tridimensionales en un racimo de tuberías paralelas multidireccionales para analizar la formación de vórtices y cuantificar los efectos de las propiedades del fluido (viscosidad y velocidad de entrada) y los parámetros estructurales (diámetro de rama, relación de sección transversal del colector y disposición del colector) sobre la pérdida de presión. Para tener en cuenta la disipación de energía inducida por vórtices que es pasada por alto por los modelos de red unidimensional convencionales, se introduce un coeficiente adicional de pérdida inducida por vórtices, alfa, para modificar la formulación de pérdida de presión. Los resultados indican que una mayor viscosidad, un mayor diámetro de rama, una mayor relación de sección transversal del colector y una disposición de co-flujo mejoran la uniformidad del flujo y la precisión de la predicción. Por el contrario, velocidades de entrada más altas y disposiciones de contraflujo intensifican los efectos de los vórtices y aumentan las desviaciones de predicción. El ajuste por mínimos cuadrados indica que alfa varía de 1.15 a 1.37. La implementación de la corrección propuesta reduce los errores de predicción de pérdidas de presión a menos del 5%, demostrando la efectividad del método y ampliando la aplicabilidad de la teoría de redes de fluidos a flujos dominados por vórtices.
Descripción
La teoría tradicional de redes de fluidos a menudo subestima las pérdidas de presión en sistemas complejos de racimos de tuberías que operan bajo condiciones de flujo dominadas por vórtices, con desviaciones que superan el 20% en muchos casos. Para abordar esta limitación, este estudio propone un método de corrección basado en vórtices. Se realizaron simulaciones tridimensionales en un racimo de tuberías paralelas multidireccionales para analizar la formación de vórtices y cuantificar los efectos de las propiedades del fluido (viscosidad y velocidad de entrada) y los parámetros estructurales (diámetro de rama, relación de sección transversal del colector y disposición del colector) sobre la pérdida de presión. Para tener en cuenta la disipación de energía inducida por vórtices que es pasada por alto por los modelos de red unidimensional convencionales, se introduce un coeficiente adicional de pérdida inducida por vórtices, alfa, para modificar la formulación de pérdida de presión. Los resultados indican que una mayor viscosidad, un mayor diámetro de rama, una mayor relación de sección transversal del colector y una disposición de co-flujo mejoran la uniformidad del flujo y la precisión de la predicción. Por el contrario, velocidades de entrada más altas y disposiciones de contraflujo intensifican los efectos de los vórtices y aumentan las desviaciones de predicción. El ajuste por mínimos cuadrados indica que alfa varía de 1.15 a 1.37. La implementación de la corrección propuesta reduce los errores de predicción de pérdidas de presión a menos del 5%, demostrando la efectividad del método y ampliando la aplicabilidad de la teoría de redes de fluidos a flujos dominados por vórtices.