Simulación de flujo en tuberia utilizando comsol

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

SIMULACIÓN NUMÉRICA DE FLUJO EN UNA TUBERIA PARA EL CÁLCULO DE MAGNITUDES SIGNIFICATIVAS, USANDO EL SOFTWARE COMSOL

TESIS PRESENTADA POR EL ALUMNO JORGE ALBERTO RAMÍREZ CANO PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO QUÍMICO

ASESOR: PROF. Ph.D. GERARDO MARIO ORTIGOZA CAPETILLO

BOCA DEL RIO, VERACRUZ ENERO DE 2010
INDICEResumen 4
Abstract 5
1. - Marco teórico 6
1.1.- Objetivo 6
1.2.- Motivación 6
1.3.- Introducción 6
1.4.- Generalidades de fluidos 8
1.5.- Tipos de flujo 9
1.6.- Simulación numérica 10
1.6.1- Modelos matemáticos 11
1.7.- Software de multifisica COMSOL 12
1.7.1- Método de elemento finito 12
2.- Definición del modelo 17
2.1.- Selección de módulo 18
2.1.1.- Ecuacionesdel modo de aplicación 22
2.2.- Área de trabajo 23
2.2.1.- Generación de la geometría 23
2.2.2.- Mallado de la geometría 26
2.2.3.- Ajustes de contorno 30
2.2.4.- Ajustes de subdominio 33
3.- Solución del modelo 34
3.1.- Visualización de resultados 36
3.1.1.- Visualización en cortes 37
3.1.2.- Visualización en líneas de flujo 39
3.1.3.- Visualización de subdominio 403.1.4.- Visualización de isosuperficie 43
3.1.5.- Visualización de contorno 46
3.1.6.- Visualización de vector 49
3.1.7.- Visualización graficas rectangulares 52
4.- Solución del modelo con flujo desarrollado 54
4.1.- Visualizaciones de corte en flujo desarrollado 62
4.2.- Visualizaciones de líneas de flujo en flujo desarrollado 64
4.3.- Visualizaciones de subdominio en flujodesarrollado 65
4.4.- Visualización de isosuperficies en flujo desarrollado 67
4.5.- Visualización de contorno en flujo desarrollado 69
4.6.- Visualización de vector en flujo desarrollado 71
5.- OBSTRUCCIONES EN UNA TUBERÍA 72
5.1.- Definición del modelo 72
5.2.- Resultados obtenidos 76
CONCLUSIÓN 80
TRABAJOS FUTUROS 80
ANEXO A: TABLAS DE DATOS DE VELOCIDAD, PRESIÓN, VORTICIDAD YNÚMERO DE REYNOLDS 81
ANEXO A-1: FLUJO NO DESARROLLADO 81
ANEXO A-2: FLUJO DESARROLLADO 97
ANEXO B: GRAFICAS DE SECCIÓN TRANSVERSAL DE VELOCIDAD, PRESIÓN, VORTICIDAD Y NÚMERO DE REYNOLDS 113
ANEXO B-1: FLUJO NO DESARROLLADO 113
ANEXO B-2: FLUJO DESARROLLADO 121
BIBLIOGRAFIA 129
Resumen
El análisis de la mecánica de fluidos en tuberías es de particular importancia en la ingenieríaquimica, dado el amplio campo de actividades dentro de la misma que involucran el flujo de fluidos a través de dichos elementos de transporte. No obstante, el análisis de dichos fenómenos es particularmente difícil, en especial cuando nos referimos a un análisis en tres dimensiones, esto se debe a dos factores principalmente:

1. La complejidad matemática inherente a fenómenos físicos en tresdimensiones.
2. La dificultad de interpretar los resultados de forma significativa.

En este contexto resaltan los programas de computo científico que nos permiten visualizar de forma grafica lo que ocurre en un fenómeno, como sería el flujo de un fluido laminar en una tubería, y reducir de significativamente el tiempo de solucion de problemas de este tipo además de facilitar lainterpretación de los resultados obtenidos.

En este trabajo se aborda la simulación numérica de flujo laminar en una tubería cilíndrica, utilizando uno de estos programas conocido como COMSOL Multiphysics.

Palabras claves: Flujo laminar, Simulación numérica, Visualización grafica.

Abstract
The analysis of fluid mechanics in pipes is of particular importance in chemical engineering, given the widerange of activities within it which involve the flow of fluids trough the say elements of transport.
However the analysis of the say phenomena is particularly hard, especially when we refer to a tridimensional analysis, this is due to two main factors:

1. The mathematical complexity inherent of tridimensional physical phenomena.
2. The difficulty to interpret the results in a...