Reducción de Arrastre en Flujo Turbulento de Tuberías Cargadas de Polímeros
Autores: Serafini, Francesco; Battista, Francesco; Gualtieri, Paolo; Casciola, Carlo Massimo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Reducción de Arrastre en Flujo Turbulento de Tuberías Cargadas de Polímeros
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Turbulencia
Macromoléculas de ADN
Polímeros
Reducción de arrastre
Tasa de flujo
Equilibrio de tensiones
Licencia
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Se investiga la turbulencia de una solución diluida realista de macromoléculas de ADN a través de un enfoque híbrido Euleriano-Lagrangiano que resuelve directamente la ecuación de Navier-Stokes incompresible junto con la evolución de 108 polímeros, modelados como mancuernas elásticas no lineales (FENE) finitamente extensibles. Con un número de Reynolds de fricción de 320 y un número de Weissenberg de 2x10^4, la reducción de arrastre es igual al 26%, lo cual es similar a la obtenida con un número de Reynolds más bajo de 180. Los polímeros inducen un aumento en la tasa de flujo y la energía cinética turbulenta, cuya contribución axial se ve predominantemente aumentada. Se analiza el equilibrio de tensiones para investigar las causas de la reducción de arrastre y, eventualmente, el efecto del número de Reynolds de fricción en la distribución de probabilidad de la configuración del polímero. Cerca de la pared, la mayoría de los polímeros están completamente estirados y alineados a lo largo de la dirección del flujo, lo que induce un aumento en la anisotropía de la turbulencia.
Descripción
Se investiga la turbulencia de una solución diluida realista de macromoléculas de ADN a través de un enfoque híbrido Euleriano-Lagrangiano que resuelve directamente la ecuación de Navier-Stokes incompresible junto con la evolución de 108 polímeros, modelados como mancuernas elásticas no lineales (FENE) finitamente extensibles. Con un número de Reynolds de fricción de 320 y un número de Weissenberg de 2x10^4, la reducción de arrastre es igual al 26%, lo cual es similar a la obtenida con un número de Reynolds más bajo de 180. Los polímeros inducen un aumento en la tasa de flujo y la energía cinética turbulenta, cuya contribución axial se ve predominantemente aumentada. Se analiza el equilibrio de tensiones para investigar las causas de la reducción de arrastre y, eventualmente, el efecto del número de Reynolds de fricción en la distribución de probabilidad de la configuración del polímero. Cerca de la pared, la mayoría de los polímeros están completamente estirados y alineados a lo largo de la dirección del flujo, lo que induce un aumento en la anisotropía de la turbulencia.