Simulación Numérica de un Vórtice de Núcleo de Aire y Su Supresión en una Entrada Usando OpenFOAM
Autores: Domfeh, Martin Kyereh; Gyamfi, Samuel; Amo-Boateng, Mark; Andoh, Robert; Ofosu, Eric Antwi; Tabor, Gavin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Simulación Numérica de un Vórtice de Núcleo de Aire y Su Supresión en una Entrada Usando OpenFOAM
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Industria hidráulica
Vórtices de superficie libre
Vórtice de núcleo de aire
Solucionador LTSInterFoam
Modelos de turbulencia
Dispositivo anti-vórtice
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Un desafío común que enfrentan los ingenieros en la industria hidráulica es la formación de vórtices de superficie libre en las tomas de bombas y energía. Este fenómeno indeseable, que a veces atrapa aire, podría resultar en varios problemas operativos: ruido, vibración, cavitación, oscilaciones, daños estructurales a turbinas y bombas, pérdidas de energía, pérdidas de eficiencia, etc. Este artículo investiga la simulación numérica de un vórtice de núcleo de aire observado experimentalmente en una toma utilizando el solucionador LTSInterFoam en OpenFOAM. El solucionador utiliza integración de pasos de tiempo locales. En la simulación del vórtice de núcleo de aire, se utilizaron los modelos estándar k - , k - realizable, k - del grupo de renormalización (RNG) y k - de transporte de tensión cortante (SST). La superficie libre se modeló utilizando el modelo de volumen de fluido (VOF). La simulación fue validada utilizando un conjunto de modelos analíticos y datos experimentales. El modelo SST k - proporcionó los mejores resultados en comparación con los otros modelos de turbulencia. El estudio se amplió para simular el efecto de instalar un dispositivo anti-vórtice en la formación de un vórtice de superficie libre. El solucionador LTSInterFoam demostró ser un solucionador confiable para la simulación en estado estacionario de un vórtice de superficie libre en OpenFOAM.
Descripción
Un desafío común que enfrentan los ingenieros en la industria hidráulica es la formación de vórtices de superficie libre en las tomas de bombas y energía. Este fenómeno indeseable, que a veces atrapa aire, podría resultar en varios problemas operativos: ruido, vibración, cavitación, oscilaciones, daños estructurales a turbinas y bombas, pérdidas de energía, pérdidas de eficiencia, etc. Este artículo investiga la simulación numérica de un vórtice de núcleo de aire observado experimentalmente en una toma utilizando el solucionador LTSInterFoam en OpenFOAM. El solucionador utiliza integración de pasos de tiempo locales. En la simulación del vórtice de núcleo de aire, se utilizaron los modelos estándar k - , k - realizable, k - del grupo de renormalización (RNG) y k - de transporte de tensión cortante (SST). La superficie libre se modeló utilizando el modelo de volumen de fluido (VOF). La simulación fue validada utilizando un conjunto de modelos analíticos y datos experimentales. El modelo SST k - proporcionó los mejores resultados en comparación con los otros modelos de turbulencia. El estudio se amplió para simular el efecto de instalar un dispositivo anti-vórtice en la formación de un vórtice de superficie libre. El solucionador LTSInterFoam demostró ser un solucionador confiable para la simulación en estado estacionario de un vórtice de superficie libre en OpenFOAM.