J. MONTERO, 201014009 R. UREÑA 200925297
PROF. ING. G. RICHMOND Quiz 4
Mecánica de Fluidos Grupo 01 Escuela de Ingeniería Electromecánica Carrera de Ingeniería en Mantenimiento Industrial.
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Canadian Engineering Accreditation Board Bureau canadien d’accréditation des programmes d’ingénierie
Carrera evaluada y acreditada por:
CEAB
Quiz 4 COMSOL Fecha de entrega: viernes 04 de agosto de 2015, al inicio de la clase, por correo a
[email protected] En parejas (no se recibirán tareas individuales salvo casos aprobados por el profesor)
Instrucciones En un canal de placas paralelas infinitas ingresa un fluido con velocidad Uo, obtenga el desarrollo del perfil de velocidad y la longitud de la región de entrada. (Considere una separación H entre las placas paralelas). Solución por software COMSOL multifísico. Analice los casos en que se tiene los siguientes fluidos, en régimen laminar. -Agua -Aceite de motor -Mercurio Estos fluidos tendrán propiedades físicas muy diferentes.
Entregables (todo en digital) Documento en PDF que contenga:
o Explicación de cómo se construyó el modelo en COMSOL, paso a paso. Debe ser breve y concisa pero a la vez con la justificación de cada opción seleccionada.
o Solución del problema propuesto para cada fluido, usando una velocidad representativa de un régimen laminar:
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Longitud de la región de entrada dinámica. Curvas de evolución de los perfiles de velocidad en cinco posiciones equivalentes.
o Discusión de los resultados obtenidos, máximo 1 página de 21,5 x 28 cm (8,5 x 11 pulgadas), en letra Times 12 pts. con interlínea de 1.5, en una columna.
Documento de COMSOL con las simulaciones que sustentan la solución.
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Procedimiento en Software: Se inicia el programa y se selecciona la opción en dos dimensiones como si muestra en la Figura 1.
Figura 1. Selección de dimensiones de trabajo.
Para este caso en especifico se selecciona la opción de flujo laminar como se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Flujo Laminar 2
Luego se selecciona la opción de flujo estacionario, mostrada en la Figura 3.
Figura 3. Flujo Estacionario
Luego de establecer la configuración básica para este trabajo, se dispone a seleccionar la geometría del volumen de control que se va a analizar a como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Selección de geometría para volumen de control.
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En la Figura 5, con la ayuda de la herramienta geométrica de Polígono de Bézier o también se puede utilizar Cut Line 2D para dividir el volumen de control en los puntos en donde se desea evaluar.
Figura 5. Divisiones en volumen de control.
En la Figura 6, se procede a realizar un mallado en el volumen de control para poder censar los puntos seleccionados en el paso anterior de una manera más precisa. Como nota aparte, en la entrada y salida se disponen la velocidad y presión deseada para el sistema.
Figura 6. Mallado de volumen de control
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Dando clic derecho en la opción de estudio se da el comando computar y con eso se gráfica la distribución de velocidades a como se muestra en la Figura 7.
Figura 7. Distribución de velocidades
En la parte de Resultados, nos posicionamos dando clic derecho y selecciona la opción 1D Plot Group. Con esto se irá ploteando curva por curva seleccionando como parámetros las divisones realizadas en un principio dando como resultado las siguientes gráficas.
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Resultados:
Figura 8. Perfil de velocidad del agua.
Figura 8. Magnitud de la velocidad del agua a largo de la tubería . 6
Figura 9. Perfil de velocidad del aceite de motor.
Figura 10. Magnitud de la velocidad del aceite de motor a largo de la tubería .
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Figura 11. Perfil de velocidad del mercurio.
Figura 12. Magnitud de la velocidad del mercurio a largo de la tubería .
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Discusión de resultados Cuando se realiza una simulación de este o cualquier tipo, se deben tomar en cuenta ciertos detalles tanto para la realización de dicha simulación como para su respectivo análisis. Entre estos se pueden nombrar (para este caso) las propiedades de los fluidos estudiados como la viscosidad y densidad, los parámetros de entrada o iniciales y las ecuaciones gobernantes ya que sin estos detalles no se puede realizar un debido análisis posterior. Se puede observar cómo debido a la viscosidad dinámica de los fluidos mientras mayor sea dicha propiedad más rápidamente se desarrollara el perfil de velocidades, por la condición de no deslizamiento presentes en las placas que contienen el fluido. Por lo anterior se infiere que el fluido que necesita una mayor longitud de región de entrada para totalmente desarrollar el perfil de velocidad es el mercurio ya que presenta la menor viscosidad de los tres fluidos, como se observa en las figuras 8, 10 y 12. En la primera vemos que para el agua, se necesitan aproximadamente 700 mm para que se desarrolle el perfil de velocidad, para el aceite unos 40 mm y por último, el mercurio necesita entre 1.5 y 2 metros. También de las gráficas obtenidas se pueden observar claramente que entre más cercano esté el fluido a las placas horizontales inferior y superior, menor será la velocidad lo que en congruente con la condición de no deslizamiento
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