Analisis y modelacin de un fluido compresible en un tubo delgado

El flujo compresible de gases a elevadatemperaturas y presiones es importante en muchosaplicaciones industriales. Sin embargo, esprctico para llevar a cabo experimentos en elcondiciones de aplicacin; por lo tanto, "ampliacin" deresultados experimentales en aire atmosfrico a otrogases a altas temperaturas y presionesrequiere la modelizacin numrica. Aunquemodelacin numrica se puede hacer directamente,verificacin experimental es importante para asegurarexactitud. Por lo general, las aplicaciones de proceso sonse especifica en trminos de flujo de masa [kg / h]; Por lo tanto, lamediciones experimentales se escalan para laflujo de masa de aire.En este trabajo, el experimento de flujo de aire esdescribe, y el mdulo de transferencia de calor es COMSOLutilizado con la teora de la turbulencia k- para modelar lacampos de eje simtrico de flujo y presin.Adems, basado en los resultados numricos, unaanaltica modelo 1-D se deriva.Las condiciones de contorno habituales para el flujo desimulacin se especifican presin en la salida(Aqu atmosfrica), y la velocidad en la entrada;sin embargo, para la condicin de entrada especificada como masaflujo, se necesita la presin desconocida en la entradapara determinar la velocidad. Por lo tanto, un escalarse introduce variable de integracin queintegra la velocidad de masa [kg / m2s] sobre elentrada de zona y de forma iterativa equivale esto a laflujo de masa especificada, MDOT [kg / s].Para el clculo, el COMSOL incorporadopropiedades de la biblioteca para el aire fueron utilizados inicialmente,que, con una temperatura constante, dio lugar ala compresin isotrmica del flujo.Sin embargo, la alta velocidad del flujo de aire est ms cercacondiciones adiabticas; As, la temperaturaespecificacin fue relacionada con el mbito local, calculadopresin a travs de las relaciones isentrpicas.Los resultados de la computacin COMSOLmostrar una variacin significativa densidad a lo largo del tubo,e indicar asfixia en la salida (Ma ~ 1) parael ms alto de flujo. Para las condiciones adiabticas,hay un excelente acuerdo con eldatos experimentales para una amplia gama de flujos,aunque excluyendo condiciones casi asfixia en elsalida para el caso de flujo ms alta.

AbstracExperimentos de cada de presin eranrealizado para el flujo turbulento, compresible deaire en un tubo pequeo, delgado y modelado conMdulo de transferencia de calor COMSOL, y analticamente.Se introduce una variable de integracin escalar queintegra la velocidad de masa [kg / m2s] sobre elentrada de zona y de forma iterativa equivale esto a la entradacaudal msico [kg / s]. Para el clculo, laespecificacin de temperatura est relacionada con el mbito local,presin calculada a travs de la isoentrpicarelaciones. Adems, basado en elresultados numricos, un modelo 1-D analtico esderivada. Los resultados muestran la densidad significativavariaciones a lo largo del tubo, e indican asfixia alla salida (Ma ~ 1) para el caudal ms alto. para elcondiciones adiabticas, hay excelente acuerdocon los datos experimentales para una amplia gama deflujos, aunque excluyendo condiciones casi asfixiaen la salida.Palabras clave: comprimible de flujo de aire, COMSOLvariable de integracin escalar, los datos experimentales,aproximacin analtica, el flujo de masa especificada