Simulación numérica y tridimensional de flujo bifásico aire-aceite a través de una expansión súbita

Lizcano, Luwins

Tutor: González, Fernando

Resumen

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo principal simular numérica y tridimensionalmente el flujo bifásico aire-aceite a través de una expansión súbita, con la ayuda de la dinámica de fluidos computacional. Para ello se consideraron tres expansiones con relaciones de área de 0.0625, 0.2500 y 0.4444 a las cuales se les determinó el multiplicador de presión para un patrón de flujo estratificado. Los resultados obtenidos se compararon con datos experimentales extraídos del artículo realizado por Ahmed (2006) del cual se hace referencia en el trabajo. En una primera fase se aplicaron las ecuaciones descritas por White, F (2011) para la determinación del coeficiente de resistencia del accesorio en estudio (K) que permitió obtener el valor teórico correspondiente a la caída de presión. Seguidamente se ejecutaron las simulaciones de flujo monofásico donde se realizó el análisis de sensibilidad de las mallas a través de la comparación de los resultados obtenidos con los valores teóricos, siendo la malla de mayor número de elementos la mejor para cada relación de área. Posteriormente se hizo un estudio de sensibilidad de la longitud de entrada y salida de la expansión por medio de nuevas simulaciones donde se determinó la independencia de los valores del parámetro (K) respecto a las simulaciones iníciales. Además, se analizaron cinco modelos de turbulencia para cada relación de área, siendo los modelos K-Epsilon y RNG K-Epsilon los que presentaron menor error relativo con valores de 1.85% y 1.83% para la relación de 0.0625, 3.52% y 5.64% para la relación de 0.2500 y errores de 5.77% y 12.74% para una relación de 0.4444 respectivamente. En una segunda fase, se ejecutaron las simulaciones de flujo bifásico para las mismas condiciones y modelos de turbulencia antes mencionados donde se calculó el multiplicador de presión para cada relación con fracciones volumétricas α de 0.1, 0.2 y 0.3, los valores obtenidos junto con los datos experimentales fueron graficados donde se observó que el modelo de turbulencia que mejor predice la caída de presión a través de la expansión súbita es el modelo Omega Reynolds Stress, el cual presento un error mínimo de 14.4%.

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Ficha original en el repositorio institucional de la UNET

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