Analizar y comparar, el fenómeno de condensación por contacto directo, mediante simulación por CFD entre una tobera convergente - divergente de vapor y una flauta de flujo de vapor.

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Title: Analizar y comparar, el fenómeno de condensación por contacto directo, mediante simulación por CFD entre una tobera convergente - divergente de vapor y una flauta de flujo de vapor.
Authors: Moreno Zalme, Diego Alejandro
Andino Suárez, Alexis Eduardo
Advisor: Toapanta Ramos, Luis Fernando
Abstract: Se presenta un modelo de simulación de condensación por contacto directo DCC, de chorros de vapor en agua líquida estacionaria. El análisis toma como línea base los estudios de cambio de fase por nucleación dados por Borishanski y el comportamiento térmico del fluido que se respalda con la teoría térmica de Clausius Clapeyron. Se logra determinar el cambio de fase de vapor a líquido mediante la formación de flujo anular entre la superficie del vapor y agua, la dependencia del cambio de fase se cumple mientras el diferencial de temperatura se mantenga, según se cumplan las leyes de Fick de transporte de masa. El estudio numérico se realizó con herramientas CFD, computational fluids dynamics, respaldadas con las ecuaciones de Navier-Stokes usando el modelo de Lee de evaporación y condensación, de esa manera, se obtuvo la relación térmica y másica de un nuevo flujo bifásico. El resultado se valida con la evidente dependencia del chorro de vapor a la diferenciación del número de Reynolds, la cual permite relacionar la tasa de variación de masa con la difusividad térmica evaluada en Prandtl. El estudio numérico corrobora los avances existentes del factor de fricción interfacial en el cambio de fase, permitiendo así conocer los parámetros termodinámicos del fenómeno bajo condiciones iniciales establecidas. Los inyectores de vapor usados para comprobar el fenómeno son tobera convergente – divergente y flauta de vapor, modelos IN15 e IN40M fabricados por SpiraxSarco®. Las velocidades estables de trabajo son 2836,66 ms-1 y 500 ms-1, se realizaron 8 casos comparativos con distintas velocidades fuera de las recomendaciones del fabricante. Los resultados se corroboran con análisis de contornos de fracción de volumen de vapor, densidad, presión y velocidad, comparados entre todos los casos asignados.
Translated abstract: A simulation model of direct contact condensation DCC, of steam jets in stationary liquid water is presented. The analysis takes as a baseline the studies of phase change by nucleation given by Borishanski and the thermal behavior of the fluid that is supported by the thermal theory of Clausius Clapeyron. It is possible to determine the change of phase of vapor to liquid through the formation of annular flow between the surface of the steam and water, the dependence of the change of phase is fulfilled while the differential of temperature is maintained, according to the laws of transport Fick of dough. The numerical study was carried out with CFD tools, computational fluids dynamics, supported with the Navier-Stokes equations using the Lee model of evaporation and condensation, in this way, the thermal and mass relationship of a new biphasic flow was obtained. The result is validated with the evident dependence of the steam jet on the differentiation of the Reynolds number, which allows to relate the rate of variation of mass with the thermal diffusivity evaluated in Prandtl. The numerical study corroborates the existing advances of the interfacial friction factor in the phase change, thus allowing to know the thermodynamic parameters of the phenomenon under established initial conditions. The steam injectors used to check the phenomenon are converging-diverging nozzle and steam flute, models IN15 and IN40M manufactured by SpiraxSarco®. The stable working speeds are 2836,66 ms-1 and 500 ms-1, 8 comparative cases were made with different speeds outside the manufacturer's recommendations. The results are corroborated with contour analysis of vapor volume fraction, density, pressure and velocity, compared between all the assigned cases.
Keywords: INGENIERÍA MECÁNICA
ENSAYO DE MATERIALES
RESISTENCIA DE MATERIALES
Issue Date: Jul-2018
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/15776
Language: spa
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