Publication: Estudio numérico de la dinámica de chorros transitorios de distinta densidad
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2012-12-20
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2012-12-20
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Abstract
El presente Proyecto trata el estudio de la evolución de chorros inyectados en el seno de otro fluido, en presencia de la acción de la gravedad en el sentido del avance del chorro. En los casos de estudio en los que el chorro es más denso que el ambiente, se generan fuerzas de flotabilidad negativas. El flujo es definido para todos los casos de estudio como transitorio, laminar (Re=2000), isotermo y viscoso. Realizándose bajo estas características tres casos de estudio diferenciados por su número de Froude densimétrico: Fr=∞, Fr=10 y Fr=5. Los parámetros analizados son: la penetración del chorro, localización del vórtice principal, estudio de la vorticidad y su distribución en el vórtice principal, análisis de la circulación total en el ambiente y en el vórtice principal, y determinación de la evolución de la energía cinética y el impulso hidrodinámico total en el ambiente. El análisis de los resultados proporciona nuevas conclusiones no abordadas en anteriores Proyectos tales como: - El análisis de la diferencia entre el centro del vórtice principal y el punto de máxima vorticidad. - El seguimiento del vórtice principal en los casos donde no se produce “pinch-off”, y su aplicación al cálculo de la circulación del vórtice. - Como resultado del análisis de la circulación en el vórtice principal se evalúa la aportación del par baroclínico a la misma. - El estudio de la evolución temporal de la energía cinética total transmitida al ambiente. - La descripción de la evolución temporal del impulso hidrodinámico total transmitido al ambiente. - Como resultado del estudio de la evolución del impulso hidrodinámico se comprueba el principio de maximización de la energía en el vórtice principal. - Se propone el estudio del impulso hidrodinámico en el vórtice principal como método de determinación del número de formación en casos de estudio donde no se observa el “pinch-off”. Los resultados han sido obtenidos mediante simulación numérica con el programa Ansys Fluent, realizando nuestros propios códigos UDF en lenguaje de programación C, y códigos Journal, en lenguaje del propio programa Fluent. Mediante el uso del programa Matlab hemos realizado el tratamiento de datos, la generación de gráficas y la creación de los códigos Journal utilizados por Fluent. La importancia de los conceptos abordados en el presente proyecto queda reflejada en la diversidad de aplicaciones prácticas expuestas en la introducción del mismo. ____________________________________________________________________________________________________________________
This project studies the evolution of fluid jets discharged into another fluid in the presence of gravity forces in the same direction as the moving jet. In study cases where the fluid jet has higher density than the ambient, negatively buoyancy forces are generated. Fluid flow is considered as transient, laminar (Re=2000), isotherm and viscous, in all study cases. Under these conditions we describe three different cases based on its densimetric Froude number: Fr=∞, Fr=10 y Fr=5. Flow parameters analyzed: flow penetration depth, leading vortex location, leading vortex centre vorticity and its vorticity distribution, total ambient circulation and leading vortex circulation, and total kinetic energy and hydrodynamic impulse evolution in the ambient. The analysis of the results show new conclusions, that have never been pointed out in previous projects developed in the Fluid Mechanics Department: - Analysis of the different location between vortex centre and maximum vorticity point. - The capability of tracing the evolution of leading vortex core when pinch-off process is not observed, and its application in the calculation of leading vortex circulation. - As a consequence of the previous conclusion, its application into the calculation of the effects of baroclinic torque on leading vortex circulation. - Time evolution study of both total kinetic energy and hydrodynamic impulse transmitted to the ambient. - As a consequence of the study of hydrodynamic impulse, the principle of vortex ring maximum energy is confirmed. - Hydrodynamic impulse study is proposed as a method to obtain the formation number when pinch-off is not observed in the considered study case.
This project studies the evolution of fluid jets discharged into another fluid in the presence of gravity forces in the same direction as the moving jet. In study cases where the fluid jet has higher density than the ambient, negatively buoyancy forces are generated. Fluid flow is considered as transient, laminar (Re=2000), isotherm and viscous, in all study cases. Under these conditions we describe three different cases based on its densimetric Froude number: Fr=∞, Fr=10 y Fr=5. Flow parameters analyzed: flow penetration depth, leading vortex location, leading vortex centre vorticity and its vorticity distribution, total ambient circulation and leading vortex circulation, and total kinetic energy and hydrodynamic impulse evolution in the ambient. The analysis of the results show new conclusions, that have never been pointed out in previous projects developed in the Fluid Mechanics Department: - Analysis of the different location between vortex centre and maximum vorticity point. - The capability of tracing the evolution of leading vortex core when pinch-off process is not observed, and its application in the calculation of leading vortex circulation. - As a consequence of the previous conclusion, its application into the calculation of the effects of baroclinic torque on leading vortex circulation. - Time evolution study of both total kinetic energy and hydrodynamic impulse transmitted to the ambient. - As a consequence of the study of hydrodynamic impulse, the principle of vortex ring maximum energy is confirmed. - Hydrodynamic impulse study is proposed as a method to obtain the formation number when pinch-off is not observed in the considered study case.
Description
Keywords
Dinámica de fluidos, Vorticidad, Chorros transitorios, Impulso hidrodinámico, Froude, Flotabilidad