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Estudio Numérico de los Campos de Velocidad y Fracción de Mezcla en un Flujo de Chorro de Propano Turbulento No Reactante que Sale en Paralelo con Aire en Flujo Co-Actual en Condición Isotérmica a Través de OpenFOAM

Autores: Aghajanpour, Abdolreza; Khatibi, Seyedalireza

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Estudio Numérico de los Campos de Velocidad y Fracción de Mezcla en un Flujo de Chorro de Propano Turbulento No Reactante que Sale en Paralelo con Aire en Flujo Co-Actual en Condición Isotérmica a Través de OpenFOAM


Categoría

Matemáticas

Subcategoría

Matemáticas aplicadas

Palabras clave

Velocidad
Fracción de mezcla
Flujo turbulento
Modelo numérico
Datos experimentales
Energía cinética de la turbulencia

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 34

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Esta investigación emplea métodos computacionales para analizar las distribuciones de velocidad y fracción de mezcla de un flujo de chorro de propano no reactante que se descarga en aire en flujo paralelo bajo condiciones isotérmicas. Este estudio incluye una comparación entre los resultados numéricos y los resultados experimentales obtenidos del Laboratorio Sandia (EE. UU.). El objetivo es mejorar la comprensión de la estructura del flujo y los mecanismos de mezcla en situaciones donde no hay involucramiento de reacciones químicas o transferencia de calor. En este experimento, se utilizó el modelo de turbulencia de viscosidad eddy k-realizable con dos ecuaciones para simular el flujo turbulento en un plano casi 2D (específicamente, una partición de 5 grados del dominio del cilindro experimental). Esto se logró utilizando el software de código abierto OpenFOAM y la utilidad swak4Foam, manipulando cuidadosamente el solucionador reactingFoam. La selección de este modelo de turbulencia se basó en su superior capacidad predictiva para la tasa de propagación de chorros planos y redondos, en comparación con otras variantes de los modelos k. Se obtuvieron perfiles axiales y radiales numéricos de diferentes parámetros para una malla que es independiente de la cuadrícula (malla B). Estos perfiles se compararon luego con datos experimentales para evaluar la precisión del modelo numérico. Los parámetros a los que se hace referencia son velocidades medias, energía cinética de turbulencia, fracción de mezcla media, radio medio de fracción de mezcla (L) y el diagrama de flujo másico. La validez de la suposición de que w = v para la determinación de la energía cinética de turbulencia, k, parece ser cierta en situaciones donde los datos experimentales son deficientes en w. Las simulaciones han obtenido con éxito la fracción de mezcla media y su medio radio, L, que es una medida del ancho del chorro. Estos valores se determinaron a partir de perfiles radiales tomados en ubicaciones específicas a lo largo del eje X, incluyendo x/D = 0, 4, 15, 30 y 50. La precisión de los campos de velocidad vertical media en la dirección X (U) es notable, a pesar de ser menos bien capturada. La resolución de los campos de velocidad vertical media en la dirección Y (V) es comparativamente menor. La precisión de la energía cinética de turbulencia (k) es moderada cuando está dentro del rango de U y V. La ausencia de datos empíricos para la presión absoluta (p) se compensa con la provisión de contornos de presión numéricos.

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