Estudio numérico de flujo bifásico en patrón de flujo anular en tuberías

Abstract

El trabajo realizado presenta un estudio numérico en tuberías de sección circular del flujo bifásico en patrón de flujo anular. El mismo es realizado en un modelo homogéneo mediante la aplicación de los software ANSYS ® Workbench ™ para la creación de la geometría y la malla de computo respectiva y ANSYS ® CFX ™ para simular numéricamente el fenómeno fluido-dinámico mediante el método de Volúmenes Finitos. El objetivo general fue estudiar, mediante simulaciones computacionales, el comportamiento fluido-dinámico del flujo bifásico gas-líquido y líquido-líquido en patrón de flujo anular, de dos fluidos inmiscibles en regímenes laminar y turbulento, en tramos rectos de tubería lisa orientados vertical y horizontalmente. Poniendo el énfasis en la conformación de la interfaz. Adicionalmente se realizó un estudio de sensibilidad de malla de cómputo, con el objeto de optimizar la creación de la misma y así la simulación. Los resultados obtenidos se presentaron en visualizaciones, graficas y tablas, donde se observaron cualitativamente y cuantitativamente los mismos. Permitiendo tanto es estudio del fenómeno como su transición a otros patrones de flujo. Concluyendo que el software ANSYS ® Workbench ™ no es adecuado para la creación de las mallas para las simulaciones, debido a que es inestable en el sistema operativo Linux, mientras que el software ANSYS ® CFX ™ sí es adecuado para simular el fenómeno de flujo bifásico, permitiendo la visualización del fenómeno y su transición a otros patrones de flujo. También se hace necesario un estudio previo que permita establecer el software más adecuado para la creación de la malla de cómputo y la forma más adecuada de la misma para el estudio del fenómeno.

The field work carried out presents a numerical study on the circular section of pipework pertaining to the two-phased flux pattern of annular flux. The study has been completed in a homogeneous model through the use of the following software; ANSYS ® Workbench ™ for the creation of the geometrical aspect of the virtual picture as well as its respective computational net and ANSYS ® CFX ™ to numerically simulate the fluid-dynamic phenomenon through the methodology of Finite Volumes. The main objective was to study, through computed simulations, the fluid-dynamic behavior of gas-liquid and liquid-liquid two-phased flux in annular flux pattern, of two immiscible liquids en laminar and turbulent flows, in straight sections of smooth pipe which were vertically and horizontally oriented. Putting emphasis in the conformation of the interface. Additonally, a study of the sensitivity of the computational net was made, with the intention of optimizing the creation of the same and thus the stimulation. The results obtained have been presented in the form of visualizations, graphs and tables, whereupon the same were observed qualitatively and quantitatively. Allowing the study of the phenomenon as well as its transition into other flux patterns. Concluding that the ANSYS ® Workbench ™ software is not adequate for the creation of the computational nets for the simulations, due to the fact that it is unstable in the Linux operating system, whereas the ANSYS ® CFX ™ software is indeed adequate for the simulation of the two-phased flux phenomenon, permitting the visualization of the phenomenon and its transition into other flux patterns. Also, it becomes necessary to make a previous study which will allow the establishment of the most suitable software for the creation of the computational net and the most suitable form of the same for the study of the phenomenon.