Análisis mediante dinámica de fluidos computacional del flujo de aire que pasa por una tobera convergente-divergente

Abstract

Se ha estudiado el flujo de gas en un grupo de toberas cilíndricas con placa de orificio con variaciones en tres dimensiones críticas para generar diferentes geometrías. Algunas con la misma relación de diámetros de entrada y de garganta, pero otras variando la longitud de esta última. La razón de este estudio consiste en analizar el efecto que tiene el conducto por el que viaja el aire en la dinámica del gas durante inyección para un sistema monofásico. Este análisis se realiza mediante Dinámica de Fluidos Computacional (DFC), que es una herramienta importante en el diseño de elementos de Ingeniería. Los resultados de la simulación estarán en función de los patrones de flujo y campos de velocidad. Cada variación geométrica tendrá una morfología característica del jet en relación a dichos cambios y así se puede establecer una afinidad entre todas las variables involucradas. Se encontró que la relación de diámetros y longitud de garganta de la placa de orificio tiene un efecto significativo en la cantidad de energía que se transfiere a la salida del flujo. Aunque no se modifica la forma característica del jet se puede concluir que la morfología del jet es característica propia de la tobera con la forma geométrica de la placa de orificio y no de las condiciones de flujo.

It has been studied a group of cylindrical nozzles with orifice plate which has variations in dimensions in order to generate different geometries. Some of them has the same entrance and throat diameters ratio, but also, they have a variation of throat length. The reason for this study is to analyze the effect of the duct geometry in the morphology of the jet when the air flow is passing through the nozzle. The analysis it is made by using Computational Fluid Dynamics (CFD), which is a very useful tool in engineering elements design. Numerical Simulation results will be in function of the flow patterns and velocity fields obtained. Each geometrical variation in the nozzle will have its own characteristic jet morphology, which would be in function of all the variations involved. It has found that diameter ratio and throat length will have an important effect in the amount of energy that it is given to the air at the outflow. The analysis shown that even when the primary form of the jet does not suffer a bigger modification in shape, so this morphology is a product of the duct geometry and not of the flow conditions.