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Simulaciones numéricas de oscilaciones acústicas de gran amplitud en hidrógeno criogénico en la salida de tuberías

Autores: Conroy, Kian; Matveev, Konstantin I.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Simulaciones numéricas de oscilaciones acústicas de gran amplitud en hidrógeno criogénico en la salida de tuberías


Categoría

Energía

Subcategoría

Energías renovables

Palabras clave

Salidas de tuberías
Sistemas criogénicos
Oscilaciones acústicas
Pérdidas menores
Modelado termoacústico
Simulaciones numéricas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las salidas de tuberías en sistemas criogénicos, como la salida de un tubo de ventilación o sensor dentro de un tanque de almacenamiento criogénico, pueden afectar las oscilaciones acústicas que ocurren espontáneamente, conocidas como oscilaciones de Taconis. La amplitud que alcanzarán tales oscilaciones depende de las pérdidas en la salida de la tubería que impiden que las oscilaciones resonantes crezcan sin límite. En consecuencia, poder determinar con precisión las pérdidas menores en una salida de tubería es importante para predecir el comportamiento de estas oscilaciones. La modelización termoacústica actual de tales transiciones generalmente se basa en coeficientes de pérdida menor de flujo constante, que se asumen normalmente como constantes para una entrada o salida de tubería. En este estudio, se realizan simulaciones numéricas para el flujo acústico en una salida de tubería, con y sin una pared adyacente a la salida. El fluido operativo es gas hidrógeno criogénico, mientras que el radio de la tubería (2 y 4 mm), la temperatura (40 y 80 K) y las amplitudes de velocidad acústica (variando en el rango de 10 m/s a 70 m/s) son parámetros variables. Los resultados de la simulación se comparan con modelos acústicos unidimensionales para determinar el comportamiento de las pérdidas menores. Los resultados también se analizan para encontrar el comportamiento de los armónicos y una acumulación de diferencias de presión media. Las pérdidas menores disminuyen a un valor asintótico con el aumento del número de Reynolds, mientras que temperaturas más altas también reducen las pérdidas menores (reducción del 10% a 80 K frente a 40 K). Un deflector aumenta drásticamente las pérdidas menores a medida que disminuye la distancia a la salida de la tubería. Estos hallazgos pueden utilizarse para mejorar la precisión de las predicciones de oscilaciones mediante modelos termoacústicos de orden reducido.

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