Mec. Fluidos - Laboratorio N°1

 

  Mecánica de fluidos

Laboratorio N° 1 CFD - Flujo entre cilindros concéntricos giratorios y estacionarios Integrantes:  Aranibar Villegas, Eros Ccorahua Lara, Dennis Cuayla Contreras, Piero Estupiñán Vernazza, Claudia Villacrés Valdeiglesias, David

Sección: 1.2 Docente: Alejandro Barbachan Callirgos

Semana 6 Fecha de entrega: 27 de Septiembre del 2018 2018 - II

 

Tabla de contenido 1. Objetivos 2. Intr Intro oduc ducci ción ón 3. Proc Proced edim imie ient nto o 4. Datos Datos y result resultado ados s experi experime menta ntales les 5. Anális Análisis is y discu discusió sión n de re resul sultad tados os 6. Cues Cuesti tion onar ario io 7. Reco Recome mend ndac acio ione nes s 8. Bibl Biblio iog gra rafí fía a

1. Resu Resume men n

 

 

2. Objet Objetiv ivos os -

Analizar las  propiedades básicas de los fluidos y entender la aproximación

-

con el medio continuo. Comprender los  efectos de viscosidad y de las consecuencias de los efectos de la fricción de flujo de fluidos y de las variables dependientes.

-

Aprender Aprender el uso uso de de ANSYS ANSYS Fluen Fluentt para para mo modela delarr el comporta comportamien miento to de de los fluidos en movimiento.

3. Intr Introdu oducc cció ión n  ANSYS  Pr Prov ovee ee un conj conjun unto to de softw softwar ares es enfo enfoca cado dos s en la diná dinámi mica ca de fl flui uido dos s comp comput utac acio iona nal. l. Dich Dichos os pr prog ogra rama ma  ti tien enen en co como mo obje objeti tivo vo mode modela larr el fl fluj ujo o de fl flui uido dos s y ot otro ros s fe fenó nóme meno nos s físicos relacionados.  Brinda todas las herramientas necesarias para diseñar y opti optimi miza zarr nuev nuevos os  equi equipo pos s de fl flui uido dos s y, adem además ás,, so solu luci cion onar ar prob proble lema mas s exis existe tent ntes es en las instalaciones. instalaciones. 

4. Procedi Procedimie miento nto Para la simulación del sistema de cilindros concéntricos, se emplearon los pasos indicados en la ficha del laboratorio. Modelo: Se modeló un fluido de flujo laminar constante entre dos cilindros concéntricos. El fluido interno se mueve a una velocidad angular constante, el cilindro exterior se mantuvo en estado estable. En la siguiente imagen se puede apreciar los dos cilindros concéntricos con sus condiciones condiciones iniciales.

 

  Figura 1 : Obtenido del guía de laboratorio N°1

Luego, se procedió abrir el programa ANSYS CFD, workbench 19.1 .

Figura 2: Obtenido del Ansys CFD

Paso, siguiente se entra a la opción Geometry y abrir New SpaceClaim Geometry.

 

  Figura 3: Obtenido del guía de laboratorio.

Una vez dibujado se guarda la geometría para luego realizar el mallado en mesh.  Además, se define define Named Selection. Selection. Con estos estos pasos se obtiene obtiene la siguiente siguiente Gráfica.

Figura 4: Obtenida del programa ANSYS.

 

Luego se sigue los siguientes pasos que están especificados en la guía de laboratorio, en la versión actual no existe algunos pasos recomendados, pero sí podemos encontrarlos como: 1: Defaults - Element Size - 1e 4 2: Relevance - Smoothing - High Como siguiente se genera Mesh para obtener el mallado que deseamos.

Figura 5: Obtenida del programa ANSYS. Versión propia

 Abrimos la opción opción Setup.

Finalmente, se general el modelo y se especifica los datos proporcionado .

 

  Figura 6: Obtenida del programa ANSYS. Versión propia

Paso siguiente ingresamos ingresamos a General - Velocity Formulation - Relative. Luego Materials y el tipo de fluido aire.

Figura 7: Obtenido del programa Ansys. Versión propia

●

Dens nsit ity y : 1 kg kg// m3 m3

●

vi visc scos osid idad ad:: 0.0 0.000 002 2k kg/ g/ m. m.s s

Boundary Conditions: Hacemos doble clic en innerwall e ingresamos los parámetros proporcionados en la guía de laboratorio.

 

  Figura 8: Obtenido del programa Ansys. Versión propia

-

En adició adición, n, se proce procede de hacer hacer doble doble click click en Outerw Outerwall all defini definiendo endo los parám parámetro etros. s.

Figura 9: Obtenido del programa Ansys. Versión propia

Para obtener la velocidad tangencial promedio nos dirigimos a las siguientes opciones. Solution - Report Definitions - New - Surface Report - Facet Average.

 

 

Figura 10: Obtenido del programa programa Ansys. Versión propia

-

Hacemo Hacemos s doble doble cli clic c en Soluti Solution on - Init Initial ializa izatio tion n - Initi Initial alize ize..

Figura 11: Obtenido del programa programa Ansys. Versión propia

-

Guardamo Guardamos s el proy proyecto ecto y cerram cerramos os Ansys Ansys fluent. fluent. Luego Luego nos vamos vamos a resultados.

 

  Figura 12: Obtenido del programa programa Ansys. Versión propia

Una vez generado la ventana postprocesador(CFD- post), finalmente hacemos click en Contour para obtener el resultado r esultado deseado.

Figura 13 . Contorno gráfico de velocidades en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aire. Fuente: Elaboración propia.

 

4. Datos y resultados experimentales Borde

Diámetro

innerwall

35.6 mm

outerwall

92.56 mm

radial-coordinate1 radial-coordi nate1

40 mm

radial-coordinate2 radial-coordi nate2

50 mm

radial-coordinate3 radial-coordi nate3

60 mm

radial-coordinate4 radial-coordi nate4

70 mm

Figura 10. Datos para los diámetros. Fuente: Elaboración propia.

Gráfico 1 . Velocidad tangencial del sistema de cilindros concéntricos en cada superficie utilizando como fluido aire. Fuente: Elaboración Elabor ación propia. propia.

 

  Gráfico 2 . Contorno gráfico de velocidades en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aire. Fuente: Elaboración propia.

Gráfico 3 . Contorno gráfico de presiones en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aire. Fuente: Elaboración propia.

 

 

Gráfico 4 . Contorno gráfico de densidades en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aire. Fuente: Elaboración propia.

Realizando los  cálculos en la opción solving de ANSYS, se obtuvo que la convergencia ocurre en la iteración 230

5. Cues Cuesti tiona onari rio o a)

 

Uti Utili liza zan ndo los  dato atos pr prov ovis isto tos s por Moto Motore rex, x, se obtu tuv vie iero ron n los los dato datos s de la densi sid dad y viscosidad del  aceite SAE 10W a 40°C y a 80 °C. Para el caso de densidad, se co cons nsid ider eró ó que que  es co cons nsta tant nte e (0.8 (0.869 69 g/ml g/ml). ). A su ve vez, z, se co cons nsid ider eró ó una una va vari riac ació ión n li line neal al de la viscosidad con el fin de obtener su valor a 80 °C.

 

Viscosidad (g/mm.s) 

  SAE 10W a 40 °C

0.086031

SAE 10W a 80 °C

0.0426

Gráfico 5 . Velocidad tangencial del sistema de cilindros concéntricos en cada superficie utilizando como fluido aceite SAE 10W a 40 °C. Fu Fuen ente te:: Elab Elabor orac ació ión n pr prop opia ia..

Como se  puede ede obse serv rvar ar en la gráfi ráfic ca an ante teri rio or, la ve velo loc cid idad ad ta tan ngen genci cial al dis ismi min nuy uye, e, est sto o se debe a que a medida que el radio disminuye, la fuerza cortante también disminuye. b)

Gráfico 6 . Contorno gráfico de velocidades en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aceite SAE 10W a 40 °C. Fuente: Elaboración propia.

 

 

Gráfico 7 . Contorno gráfico de velocidades en u en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aceite SAE 10W a 40 °C. Fuente: Elaboración propia.

Gráfico 8 . Contorno gráfico de velocidades en v en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aceite SAE 10W a 40 °C. Fuente: Elaboración propia

.

 

 

Gráfico 9. Contorno gráfico de velocidades en w en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aceite SAE 10W a 40 °C. Fuente: Elaboración propia.

Gráfico 10 . Contorno gráfico de presiones en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aceite SAE 10W a 40 °C. Fuente: Elaboración propia.

Como se puede observar en los gráficos, la presión que ejerce el fluído aumenta cuando la posición radial aumenta.

 

  Gráfico 11. Contorno gráfico de densidades en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aceite SAE 10W a 40 °C. Fuente: Elaboración propia

La densidad del fluído es constante en todo el cilindro y no se ve afectada por los cambios de posición o presión; esto quiere decir que la densidad sólo depende de la masa y volumen del fluído.

c)

Gráfico 12 . Velocidad tangencial del sistema de cilindros concéntricos en cada superficie utilizando como fluido aceite SAE 10W a 80 °C. Fuente: Elaboración propia.

 

Como se puede observar en el gráfico, la velocidad tangencial disminuye a medida que el diámetro radial disminuye. d)

Gráfico 13 . Contorno gráfico de velocidades en el sistema de cilindros concéntricos utilizando como fluido aceite SAE 10W a 80 °C. Fuente: Elaboración propia.

6. Recomen Recomendac dacione iones s Se debería proporcionar datos establecidos para poder ingresar las propiedades al  Ansys, ya que estos estos datos pueden pueden no ser los correctos correctos y llevar a un cálculo errado. errado. 

7. Bibl Bibliog iograf rafía ía

Motorex. TOPAZ SAE 10W/40. [Online]. Disponible en:  https://www.motorex.com/fileadm x.com/fileadmin/_pim_pro in/_pim_product_sheets_/e duct_sheets_/en/TOPAZ_SAE_1 n/TOPAZ_SAE_10W40_  0W40_  https://www.motore EN.pdf