Modelo y simulación de efectos de estratificación en ductos curvos
En este trabajo se estudian los efectos de la estratificación en un ducto curvo. Los flujos estratificados son aquellos en los que la densidad varía en la dirección vertical, lo cual puede deberse a diferencias de temperatura, fases disueltas en el fluido o partículas en suspensión. Esta variación d...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2024
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1273/1/1Castro_Torre.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | En este trabajo se estudian los efectos de la estratificación en un ducto curvo. Los flujos estratificados son aquellos en los que la densidad varía en la dirección vertical, lo cual puede deberse a diferencias de temperatura, fases disueltas en el fluido o partículas en suspensión. Esta variación de densidades genera una fuerza boyante que impulsa al fluido de menor densidad hacia la legión superior.
La geometría en estudio es un canal curvo de sección cuadrada. La curvatura induce un flujo transversal a la dirección principal, conocido como flujo secundario del primer tipo, producto de la curvatura de los vectores de verticidad media. Este tipo de flujo puede estar presente tanto en regímenes laminares como en turbulentos. En presencia de turbulencia, también aparecen flujos secundarios del segundo tipo, resultantes de las fluctuaciones de los campos de velocidad debido a la misma.
Para llevar a cabo el estudio, se desarrolló una herramienta a partir de la adaptación de un código preexistente, validado y utilizado para simulaciones de turbulencia en la misma geometría. A este código se le adicionó la resolución de la ecuación de convección-difusión en coordenadas cilíndricos y el término boyante en la ecuación de momento axial. El código utilizado utiliza métodos pseudo-espectrales para la resolución espacial de las ecuaciones, y diferencias finitas para la discretización temporal.
Se estudiaron flujos turbulentos sometidos a diferentes condiciones de borde de temperatura en las paredes, que estratifican el flujo de diversas maneras. Se modelaron las ecuaciones de Navier-Stokes para un flujo incompresible y la ecuación de convección-difusión, derivada de la conservación de la energía. Además, se realizaron simulaciones para distintos valores de radio medio, con el objetivo de discernir los efectos tanto de la curvatura como de la fuerza boyante en el fluido, comparándolos con los casos sin fuerza boyante.
Los resultados reportados incluyen valores de números adimensionales como el número de Reynolds y el número de Nusselt, así como distribuciones medias de campos de velocidades, patrones de flujo secundario, distribución de temperatura y distribución de esfuerzos de Reynolds sobre la sección, así como esfuerzos de corte sobre las paredes. |
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