Modelado CFD Transitorio de las Características del Flujo Anular de Dos Fases Aire-Agua en una Pequeña Tubería Circular Horizontal
Autores: Yao, Jun; Yao, Yufeng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Modelado CFD Transitorio de las Características del Flujo Anular de Dos Fases Aire-Agua en una Pequeña Tubería Circular Horizontal
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Película líquida
Paredes de tuberías
Dinámica de Fluidos Computacional
Modelos de flujo de dos fases
Modelado CFD
Transferencia de calor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La película líquida formada alrededor de las paredes internas de un pequeño tubo circular horizontal a menudo exhibe distribuciones no uniformes en la circunferencia, donde la película es más delgada en la superficie superior que en la inferior. A pesar de este fenómeno conocido, el problema sigue siendo una tarea desafiante para la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) predecir la formación de la película líquida en las paredes del tubo, principalmente debido a modelos de flujo bifásico inexactos que pueden inducir un fenómeno indeseable de "secarse". Por lo tanto, en este estudio, se desarrolla y aplica una subrutina de función definida por el usuario (ANNULAR-UDF) para la modelización CFD de un tubo horizontal de 8.8 mm de diámetro, con el fin de capturar el comportamiento del flujo transitorio, la formación de patrones de flujo y el proceso evolutivo y otras características en validación contra experimentos. Se encuentra que la modelización CFD es capaz de capturar la caída de presión por fricción de la fase líquida con una desviación máxima de aproximadamente el 30%, consistente con los datos experimentales correlacionados al aplicar una correlación empírica de Chisholm. Debido al efecto de la gravedad, la película líquida es generalmente más gruesa en la pared inferior que en la pared superior y esta tendencia puede ser aún más acentuada al aumentar las relaciones de velocidad superficial aire-agua. Estos hallazgos podrían ser valiosos para aplicaciones en la industria de HVAC, donde algunas características de flujo anular deseables son necesarias para lograr una alta eficiencia en el rendimiento de transferencia de calor.
Descripción
La película líquida formada alrededor de las paredes internas de un pequeño tubo circular horizontal a menudo exhibe distribuciones no uniformes en la circunferencia, donde la película es más delgada en la superficie superior que en la inferior. A pesar de este fenómeno conocido, el problema sigue siendo una tarea desafiante para la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) predecir la formación de la película líquida en las paredes del tubo, principalmente debido a modelos de flujo bifásico inexactos que pueden inducir un fenómeno indeseable de "secarse". Por lo tanto, en este estudio, se desarrolla y aplica una subrutina de función definida por el usuario (ANNULAR-UDF) para la modelización CFD de un tubo horizontal de 8.8 mm de diámetro, con el fin de capturar el comportamiento del flujo transitorio, la formación de patrones de flujo y el proceso evolutivo y otras características en validación contra experimentos. Se encuentra que la modelización CFD es capaz de capturar la caída de presión por fricción de la fase líquida con una desviación máxima de aproximadamente el 30%, consistente con los datos experimentales correlacionados al aplicar una correlación empírica de Chisholm. Debido al efecto de la gravedad, la película líquida es generalmente más gruesa en la pared inferior que en la pared superior y esta tendencia puede ser aún más acentuada al aumentar las relaciones de velocidad superficial aire-agua. Estos hallazgos podrían ser valiosos para aplicaciones en la industria de HVAC, donde algunas características de flujo anular deseables son necesarias para lograr una alta eficiencia en el rendimiento de transferencia de calor.