Transient numerical assessment of race car dry-sump oil under different maneuvers

A numerical assessment of a dry-sump oil system was performed by Computational Fluid Dynamics (CFD). Unlike conventional cars, race cars are subjected to high accelerations that induce oil sloshing. Hence, dry-sump oil systems are required to collect the oil outside of the engine prior to be pumped inside of it again. To avoid engine malfunctions, the dry-sump must guarantee continuously oil suction in every maneuver. To perform such simulations, the model was subjected to different car maneuvers extracted from data acquisition available from real race car, showing that single and combined maneuvers, such as acceleration, braking and turnings can induce downward, upward and lateral accelerations higher than 2g during several seconds. Therefore, four different single maneuvers (acceleration, deceleration, turn right and turn left) as well as a set of contaminated maneuvers (braking and turning) were studied. Simulations were achieved by mean of the Volume of Fluid Method (VOF) for a air-oil system. The influence of the turbulence modeling was also investigated. First a forerunner design was analyzed and both the race car tests and CFD simulations showed that for the most extreme maneuvers (pure braking and combined with braking with turning right) the original design failed before the end of the maneuvers by air suction in the pump inlet. In consequence, the dry-sump was redesigned and assessed under these extreme conditions until to ensure stable oil aspiration.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 7.Facultad de Ingenierí

Transient numerical assessment of race car dry-sump oil under different maneuvers

A numerical assessment of a dry-sump oil system was performed by Computational Fluid Dynamics (CFD). Unlike conventional cars, race cars are subjected to high accelerations that induce oil sloshing. Hence, dry-sump oil systems are required to collect the oil outside of the engine prior to be pumped inside of it again. To avoid engine malfunctions, the dry-sump must guarantee continuously oil suction in every maneuver. To perform such simulations, the model was subjected to different car maneuvers extracted from data acquisition available from real race car, showing that single and combined maneuvers, such as acceleration, braking and turnings can induce downward, upward and lateral accelerations higher than 2g during several seconds. Therefore, four different single maneuvers (acceleration, deceleration, turn right and turn left) as well as a set of contaminated maneuvers (braking and turning) were studied. Simulations were achieved by mean of the Volume of Fluid Method (VOF) for a air-oil system. The influence of the turbulence modeling was also investigated. First a forerunner design was analyzed and both the race car tests and CFD simulations showed that for the most extreme maneuvers (pure braking and combined with braking with turning right) the original design failed before the end of the maneuvers by air suction in the pump inlet. In consequence, the dry-sump was redesigned and assessed under these extreme conditions until to ensure stable oil aspiration.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 7.Facultad de Ingenierí

Transient numerical assessment of race car dry-sump oil under different maneuvers

A numerical assessment of a dry-sump oil system was performed by Computational Fluid Dynamics (CFD). Unlike conventional cars, race cars are subjected to high accelerations that induce oil sloshing. Hence, dry-sump oil systems are required to collect the oil outside of the engine prior to be pumped inside of it again. To avoid engine malfunctions, the dry-sump must guarantee continuously oil suction in every maneuver. To perform such simulations, the model was subjected to different car maneuvers extracted from data acquisition available from real race car, showing that single and combined maneuvers, such as acceleration, braking and turnings can induce downward, upward and lateral accelerations higher than 2g during several seconds. Therefore, four different single maneuvers (acceleration, deceleration, turn right and turn left) as well as a set of contaminated maneuvers (braking and turning) were studied. Simulations were achieved by mean of the Volume of Fluid Method (VOF) for a air-oil system. The influence of the turbulence modeling was also investigated. First a forerunner design was analyzed and both the race car tests and CFD simulations showed that for the most extreme maneuvers (pure braking and combined with braking with turning right) the original design failed before the end of the maneuvers by air suction in the pump inlet. In consequence, the dry-sump was redesigned and assessed under these extreme conditions until to ensure stable oil aspiration.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 7.Facultad de Ingenierí

Simulación computacional de problemas de convección natural en sistemas líquidos

La convección natural es uno de los fenómenos más estudiados mediante la simulación computacional. Gran cantidad de autores abordan estos problemas en recintos cerrados y diferencialmente calentados, generalmente utilizando aire como fluido de estudio. El grado de comprensión de estos fenómenos es elevado para este tipo de sistemas, los cuales pueden alcanzar regímenes altamente turbulentos y altos números de Rayleigh. Sin embargo, aún estos altos Rayleigh resultan varios órdenes de magnitud menores a los encontrados habitualmente en procesos industriales donde intervienen líquidos. En este sentido, los fluidos líquidos, como puede ser el agua, presentan grandes variaciones de densidad que son deficientemente estimadas mediante la aproximación lineal de Boussinesq. En el presente trabajo se analiza la capacidad del método incompresible para estudiar problemas de convección natural en líquidos, estudiando las limitaciones del mismo y evaluando aproximaciones de mayor orden para las fuerzas boyantes.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 42Facultad de Ingenierí

Optimización de tanques de separación de agua libre mediante CFD

Los tanques cortadores se utilizan en la producción de petróleo para separar el agua libre de crudo que se extrae de los pozos. En este trabajo se consideran tanques diseñados para los casos en que la proporción de agua presente en el crudo es mayor al 80% y procesan crudos livianos. Estos tanques de sedimentación utilizan para separar el petróleo del agua solamente las fuerzas gravitacionales y para su dimensionamiento es comúnmente basado en el tiempo de residencia. El diseño de tanques cortadores en la industria del petróleo históricamente se ha realizado utilizando métodos empíricos y experiencias del funcionamiento de tanques existentes. Sin embargo, estos métodos de diseño generalmente conducen a sobredimensionamientos que encarecen el costo de los tanques en gran medida. Debido a los altos costos de estas instalaciones y a que la situación mundial del precio del crudo exige que las empresas sean cada vez más eficientes en sus gastos, se ha realizado este estudio con el objetivo de reducir el tamaño de los equipos, así como la cantidad y dimensiones de sus internos, al mismo tiempo que se maximiza el caudal de petróleo y agua tratado. Para realizar la optimización, se utilizaron las herramientas de CFD de la suite OpenFOAM con un modelo de flujo multifásico de tipo mezcla. La formulación tiene en cuenta el comportamiento de las emulsiones que se presentan en estos tanques. En esta primera fase del trabajo se ajustó el modelo con condiciones reales de un tanque en operación encontrando un buen acuerdo entre los resultados numéricos y el comportamiento real del tanque. Adicionalmente, se estudió la eficiencia del tanque ante cambios de caudal y corte de agua.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 4Facultad de Ingenierí

Simulación computacional de flujos multifásicos utilizando el modelo euleriano en problemas dominados por la boyancia de la fase dispersa

En la industria nuclear, los flujos multifásicos juegan un papel preponderante, y su comprensión es de gran importancia para garantizar un correcto modelado de aquellos proceso donde intervienen. Históricamente la asistencia computacional a sido exclusiva de los conocidos códigos de sistema. Estos permiten resolver de forma simplificada la termohidráulica, la neutrónica y el control de planta involucrados; pero se limitan a una descripción macroscópica de los fenómenos, valiéndose de correlaciones empíricas para describir estos flujos. Mediante la utilización de la dinámica de fluidos computacional (CFD) es posible predecir flujos multifásicos con una resolución espacial mucho mas detallada, permitiendo de esta forma aportar una nueva herramienta que se complemente con los códigos de sistema. La contribución de este trabajo se centra en estudiar los flujo multifásicos mediante un modelo Euleriano utilizando la plataforma OpenFOAM(R). De esta forma, se han realizado simulaciones transitorias de modelos 2D y 3D para diferentes casos de validación analizando enfáticamente la sensibilidad de las fuerzas interfaciales (drag, lift, dispersión turbulenta y masa virtual), ademas de los efectos de dispersión y de turbulencia. Se ha estudiado también los diferentes patrones de flujos para una amplia gama de velocidades superficiales de la fase gaseosa, destacando la importancia de elegir correctamente los modelos de arrastre de acuerdo al tamaño de las burbujas. Los resultados obtenidos del CFD se compararon con lo reportado en forma experimental como así también con los modelos utilizado en los códigos de sistemas termohidráulicos.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 18Facultad de Ingenierí

Simulación computacional de flujos multifásicos utilizando el modelo euleriano en problemas dominados por la boyancia de la fase dispersa

En la industria nuclear, los flujos multifásicos juegan un papel preponderante, y su comprensión es de gran importancia para garantizar un correcto modelado de aquellos proceso donde intervienen. Históricamente la asistencia computacional a sido exclusiva de los conocidos códigos de sistema. Estos permiten resolver de forma simplificada la termohidráulica, la neutrónica y el control de planta involucrados; pero se limitan a una descripción macroscópica de los fenómenos, valiéndose de correlaciones empíricas para describir estos flujos. Mediante la utilización de la dinámica de fluidos computacional (CFD) es posible predecir flujos multifásicos con una resolución espacial mucho mas detallada, permitiendo de esta forma aportar una nueva herramienta que se complemente con los códigos de sistema. La contribución de este trabajo se centra en estudiar los flujo multifásicos mediante un modelo Euleriano utilizando la plataforma OpenFOAM(R). De esta forma, se han realizado simulaciones transitorias de modelos 2D y 3D para diferentes casos de validación analizando enfáticamente la sensibilidad de las fuerzas interfaciales (drag, lift, dispersión turbulenta y masa virtual), ademas de los efectos de dispersión y de turbulencia. Se ha estudiado también los diferentes patrones de flujos para una amplia gama de velocidades superficiales de la fase gaseosa, destacando la importancia de elegir correctamente los modelos de arrastre de acuerdo al tamaño de las burbujas. Los resultados obtenidos del CFD se compararon con lo reportado en forma experimental como así también con los modelos utilizado en los códigos de sistemas termohidráulicos.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 18Facultad de Ingenierí

Simulación computacional de flujos multifásicos utilizando el modelo euleriano en problemas dominados por la boyancia de la fase dispersa

En la industria nuclear, los flujos multifásicos juegan un papel preponderante, y su comprensión es de gran importancia para garantizar un correcto modelado de aquellos proceso donde intervienen. Históricamente la asistencia computacional a sido exclusiva de los conocidos códigos de sistema. Estos permiten resolver de forma simplificada la termohidráulica, la neutrónica y el control de planta involucrados; pero se limitan a una descripción macroscópica de los fenómenos, valiéndose de correlaciones empíricas para describir estos flujos. Mediante la utilización de la dinámica de fluidos computacional (CFD) es posible predecir flujos multifásicos con una resolución espacial mucho mas detallada, permitiendo de esta forma aportar una nueva herramienta que se complemente con los códigos de sistema. La contribución de este trabajo se centra en estudiar los flujo multifásicos mediante un modelo Euleriano utilizando la plataforma OpenFOAM(R). De esta forma, se han realizado simulaciones transitorias de modelos 2D y 3D para diferentes casos de validación analizando enfáticamente la sensibilidad de las fuerzas interfaciales (drag, lift, dispersión turbulenta y masa virtual), ademas de los efectos de dispersión y de turbulencia. Se ha estudiado también los diferentes patrones de flujos para una amplia gama de velocidades superficiales de la fase gaseosa, destacando la importancia de elegir correctamente los modelos de arrastre de acuerdo al tamaño de las burbujas. Los resultados obtenidos del CFD se compararon con lo reportado en forma experimental como así también con los modelos utilizado en los códigos de sistemas termohidráulicos.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 18Facultad de Ingenierí