Una Solución Analítica para el Flujo Laminar No Estacionario en Tubos con un Grosor de Pared Cónico
Autores: Wiens, Travis; Etminan, Elnaz
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Una Solución Analítica para el Flujo Laminar No Estacionario en Tubos con un Grosor de Pared Cónico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujos de fluidos
Tubos
Respuesta de presión transitoria
Velocidad de onda
Solución analítica
Flujo laminar dinámico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los flujos de fluidos transitorios a través de tubos son críticos en temas como el golpe de ariete, las bombas de émbolo y la dinámica de tuberías. Si bien existen soluciones analíticas en la literatura para geometrías simples como diámetros de tubos cónicos y no cónicos, una área que falta es el caso en el que la velocidad de la onda cambia a lo largo de la longitud. Un ejemplo de esto es una tubería flexible con un grosor de pared cónico. Para calcular la respuesta de presión transitoria de tal sistema, anteriormente se requería un método de características (MOC) en cuadrícula que era computacionalmente costoso. Este artículo describe una solución analítica para el flujo laminar dinámico de líquido en un tubo donde la velocidad de la onda varía a lo largo de su longitud. Esta solución en el dominio de la frecuencia incluye efectos de fricción dependientes de la frecuencia. Se utiliza una comparación con una solución de método de características (MOC) para verificar la solución. El artículo también discute algunos problemas numéricos y proporciona un método aproximado que se puede utilizar para cálculos de alta frecuencia donde una precisión numérica limitada puede causar errores. Finalmente, se presenta una comparación preliminar del rendimiento computacional, en la que el nuevo método es un orden de magnitud más rápido de calcular que una solución MOC.
Descripción
Los flujos de fluidos transitorios a través de tubos son críticos en temas como el golpe de ariete, las bombas de émbolo y la dinámica de tuberías. Si bien existen soluciones analíticas en la literatura para geometrías simples como diámetros de tubos cónicos y no cónicos, una área que falta es el caso en el que la velocidad de la onda cambia a lo largo de la longitud. Un ejemplo de esto es una tubería flexible con un grosor de pared cónico. Para calcular la respuesta de presión transitoria de tal sistema, anteriormente se requería un método de características (MOC) en cuadrícula que era computacionalmente costoso. Este artículo describe una solución analítica para el flujo laminar dinámico de líquido en un tubo donde la velocidad de la onda varía a lo largo de su longitud. Esta solución en el dominio de la frecuencia incluye efectos de fricción dependientes de la frecuencia. Se utiliza una comparación con una solución de método de características (MOC) para verificar la solución. El artículo también discute algunos problemas numéricos y proporciona un método aproximado que se puede utilizar para cálculos de alta frecuencia donde una precisión numérica limitada puede causar errores. Finalmente, se presenta una comparación preliminar del rendimiento computacional, en la que el nuevo método es un orden de magnitud más rápido de calcular que una solución MOC.