Tuberia

Área de Mecánica de Fluidos

CURSO 2006-07

PRÁCTICAS DE FLUIDODINÁMICA COMPUTACIONAL
PRÁCTICA Nº 1 - FLUENT SIMULACIÓN DEL FLUJO EN UNA TUBERÍA
1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 2. GENERACIÓN DE LA GEOMETRÍA EN GAMBIT 3. GENERACIÓN DEL MALLADO EN GAMBIT 4. CONDICIONES DE CONTORNO Y EXPORTACIÓN DESDE GAMBIT 5. INICIALIZACIÓN DEL CASO EN FLUENT: CASO LAMINAR. 6. RESOLUCIÓN 7. ANÁLISIS DERESULTADOS 8. REFINADO DEL MODELO 9. RESULTADOS FINALES 10. CASO TURBULENTO 11. RESULTADOS FINALES

PRÁCTICA No. 1 - FLUENT SIMULACIÓN DEL FLUJO EN UNA TUBERÍA

Área de Mecánica de Fluidos

1.- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Considérese un fluido moviéndose a lo largo de una tubería de sección circular constante. El diámetro de la tubería es D y la longitud de la misma L. La velocidad del fluido a laentrada es V. Considérese así mismo que la velocidad es constante a lo largo de la sección de entrada. El fluido descarga contra la presión atmosférica a la salida del tubo a una presión de 1 atm. Tómese un fluido de densidad, ρ=1 kg/m3, y de viscosidad, μ=2x10-3 kg/(ms). El número de Reynolds basado en el diámetro de la tubería se calcula como: Re = V D

ρVD μ

L

El ejercicio a resolverconsiste en la realización de una simulación del comportamiento de este flujo mediante el programa FLUENT. En concreto, han de mostrarse los siguientes resultados: • Mostrar gráficamente la distribución de velocidad en la línea media. • Obtener el coeficiente de fricción en las paredes del conducto. • Mostrar gráficamente el perfil de velocidad a la salida. • Mostrar la longitud de entrada necesariahasta que se obtiene perfil desarrollado. NOTA: Han de validarse correctamente los resultados. Los valores de las propiedades del flujo no corresponden a ningún fluido típico. Han sido escogidos para que el flujo sea laminar. El parámetro clave en este caso es el número de Reynolds. Análisis preliminar. Se trata de ver cómo la capa límite viscosa va creciendo desde la entrada a lo largo de latubería. De hecho, ha de crecer hasta que rellene la tubería por completo (para ello, la tubería ha de tener la longitud suficiente). Cuando esto ocurre, el flujo está completamente desarrollado (fully developed) y ya no hay variación del perfil de velocidad en la dirección del tubo de ahí en adelante (ver gráfico de la portada). Existe una solución analítica exacta de este tipo de flujo, que habréisvisto en las clases teóricas. Ahora vamos a tratar de comparar dicha solución con los resultados numéricos que nos de el programa. Así que no es mala idea revisar los apuntes de teoría para validar los perfiles de velocidad y los coeficientes de fricción que obtengamos en la simulación. A continuación se explican detalladamente los pasos para crear la geometría y hacer la malla en GAMBIT (el programade generación de casos de FLUENT) para a continuación leer el caso en el solver FLUENT y ejecutar la solución del ejercicio. ¡Buena suerte! 1

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2.- GENERACIÓN DE LA GEOMETRÍA EN GAMBIT Estrategia a seguir para crear la geometría. Para crear el rectángulo que simulará la sección longitudinal de latubería, vamos a crear en primer lugar los 4 vértices (vertex) en las 4 esquinas. A continuación se unirán los vértices correspondientes mediante líneas para crear los lados (edges) del rectángulo. Por último, crearemos la superficie (face) que corresponde al área encerrada por los 4 lados. En el punto 3 de esta guía, se mallará la superficie del rectángulo. En casos tridimensionales, antes de mallarhabría que generar volúmenes a partir de las superficies. Por tanto, nótese la estructura jerárquica que presenta el programa: vertex -> edges -> faces -> volumes. Crear un directorio de trabajo. Ha de crear una carpeta “Tubería” dentro del subdirectorio que sea conveniente. Utilizaremos esa carpeta de trabajo para almacenar los archivos y resultados que se vayan generando a lo largo de esta...