Two-dimensional treesph simulations of choked flow systems

S. Galindo, J. Klapp, L. Di G. Sigalotti, E. Sira

Resumen


Es bien conocido que el flujo de gas, liquido y sus mezclas a través de restrictores instalados en sistemas de tuberías es de gran importancia práctica en muchos procesos industriales. A pesar de su importancia, simulaciones hidrodinámicas numéricas de este tipo de flujos son casi inexistentes en la literatura. AQuí presentamos cálculos exploratorios bidimensionales de flujo viscoso de una sola fase a través de un estrangulador de dimensiones reales, utilizando el Método de Hidrodinámica de Partículas Suavizadas (SPH) acoplado con una ecuación sencilla isotérmica de estado para la descripción del flujo. Los resultados indican que un patrón de flujo medio aproximadamente estacionario se establece rápidamente a través de todo el tubo, con la densidad y presión cayendo y el flujo de velocidad aumentando dentro del estrangulador. Si el flujo aguas abajo es inhibido a la salida del tubo, una caída de presión de alrededor de 12% ocurre a través del estrangulador cuando el flujo medio alcanza un estado aproximadamente estacionario. Si, por otro lado, el flujo no es inhibido aguas abajo, la caída de presión se reduce a 8% o menos. El flujo a través del estrangulador se mantiene subsónico con velocidades típicas de ~ 0.1c, donde c denota la velocidad del sonido. En contraste, la velocidad del flujo en las secciones aguas arriba y abajo del tubo son en promedio factores de ~ 6 y 3.5 veces menores, respectivamente. Estudios de correlación basados en datos experimentales indican que la caída de presión es de solo 3% o inclusive menos para flujo de gas a través del estrangulador de la cabeza de un pozo a una velocidad de 0.1c. Esta discrepancia refleja que la ecuación isotérmica de estado no es adecuada para describir flujos realistas de gas.


Palabras clave


SPH; métodos numéricos de partículas; flujo estrangulado; flujo compresible

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