Resultados de validación para el rendimiento de un inductor helicoidal de placa plana

Un inductor es una bomba axial que se coloca antes del rotor principal de una bomba centrífuga, con el objetivo de aumentar la presión de entrada al rotor y evitar la aparición de cavitación en el mismo. El presente trabajo surge de la necesidad de validar un modelo en ANSYS-CFX para el flujo incompresible, sin cavitación, en el inductor de una turbo-bomba. El caso elegido para este estudio es un inductor helicoidal de placa plana de 9.4°, extensivamente estudiado en el NASA Glenn Research Center en la década de 1960, tanto en agua fría, como en hidrógeno líquido con una temperatura de entrada de 37 °R. Los resultados del desempeño sin cavitación del inductor, para un rango del coeficiente de flujo de 0.08 a 0.12, se comparan con resultados experimentales. Las simulaciones para los distintos valores del coeficiente de flujo se realizaron en modo estacionario, con un mallado estructurado, utilizando un modelo MRF (Multiple Reference Frames), donde el inductor es el dominio rotante y los tubos de entrada y salida son dominios estáticos. Como condiciones de borde, se impusieron presión total a la entrada y caudal másico a la salida. El solver es implícito, acoplado, basado en presiones, con un esquema “high resolution” para el término advectivo. Si bien los resultados numéricos no muestran aún buena concordancia cuantitativa con los resultados experimentales, se puede ver que existe una concordancia cualitativa. Será objetivo de los siguientes trabajos subsanar esta situación y lograr la completa paridad con los resultados experimentales.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV no.46Facultad de Ingenierí

Numerical Modeling and Optimization of a Rocket Propellant Turbo Pump Inducer

Un inductor es una bomba axial que se coloca antes del rotor principal de una bomba centrífuga, con el objetivo de aumentar la presión de entrada al rotor y evitar la aparición de cavitación en el mismo. Este trabajo presenta el análisis realizado mediante simulaciones CFD a diferentes diseños de inductor para una turbo bomba de combustible de un motor cohete, con restricciones geométricas en el cubo y la cubierta del inductor. Un total de 29 diferentes geometrías de álabe se generaron y analizaron mediante simulación numérica con un flujo incompresible sin cavitación. Las simulaciones para los distintos inductores se realizaron en modo estacionario, con un mallado estructurado, utilizando un modelo MRF (Multiple Reference Frames), donde el inductor es el dominio rotante y los tubos de entrada y salida son dominios estáticos. Como condiciones de borde, se impusieron presión total a la entrada y caudal másico a la salida. El solver es implícito, acoplado, basado en presiones, con un esquema “high resolution” para el término advectivo. De estos análisis, los tres diseños que alcanzaron el mejor desempeño fueron seleccionados para realizar simulaciones multifásicas que incluyeron un modelo de cavitación. Los resultados resaltan la influencia de la geometría 3D de los álabes en la eficiencia del inductor y muestran cómo se puede alcanzar el aumento de presión requerido con un diseño adecuado.This work presents the analysis through CFD simulations of different inducer designs for a rocket propellant turbopump, with geometric restrictions for the inducer’s hub and shroud. A total of 29 different blade geometries were generated and tested through numerical simulation of non-cavitating flow. Among those which reached the best performance under this condition, three were selected for simulations including a cavitation model. Results highlight the influence of the blades 3D geometry in the inducer’s efficiency and show how an appropriate design can lead to the required total head rise.Publicado en: Mecánica Computacional, vol. XXXVII, no. 30.Facultad de Ingenierí

Aplicación industrial de modelos numéricos de extrusión de aluminio

La extrusión es un proceso de deformación plástica en el que un bloque de metal (“billet” o “tocho”) es forzado por compresión a fluir a través de una abertura de sección más pequeña, produciendo uno o varios perfiles con la forma determinada por la sección de salida. Este proceso puede realizarse en frío (en casos de trefilación, por ejemplo) o, más frecuentemente, en caliente, cuando el tocho es precalentado antes de introducirse en la matriz. El diseño de las matrices debe lograr que el material fluya a través de la sección de salida con una velocidad lo más uniforme posible, para evitar que los perfiles se curven y/o alabeen al salir de la matriz. Al mismo tiempo, la matriz debe presentar una alta rigidez estructural para no deformarse significativamente ni romperse ante las elevadas tensiones ejercidas durante el proceso. [Extracto a modo de resumen]Facultad de Ingenierí

Análisis por CFD de la capa límite turbulenta de placas planas y perfiles con rugosidad superficial

La rugosidad superficial es un factor que influye significativamente en el flujo y transferencia térmica, al introducir perturbaciones en el perfil de velocidad, que afectan la fricción superficial, la mezcla turbulenta y el flujo de calor entre un cuerpo y el fluido. Pese a los avances alcanzados en la comprensión de los flujos turbulentos sobre superficies rugosas, las investigaciones están lejos de concluir. Entre las razones se citan la naturaleza caótica del flujo turbulento, la falta de un número importante de estudios sistemáticos, y la gran variedad de tipos de rugosidad. El objetivo de este trabajo es analizar las predicciones de la simulación de perfiles aerodinámicos con rugosidad y su influencia en su rendimiento aerodinámico, comparando con resultados experimentales. Para validar el modelo de rugosidad, se realizan simulaciones sobre una placa lisa y otra con diferentes valores de rugosidad uniforme, variando el número de Reynolds. Se extiende el estudio para analizar el flujo turbulento sobre perfiles con rugosidad en el borde de ataque, en particular un perfil NACA 63(3)-418, a diferentes ángulos de ataque.Facultad de Ingenierí

Diseño de un inductor axial con proyección meridional fija

Un inductor es una bomba axial que se coloca antes del rotor principal de una bomba centrífuga, con el objetivo de aumentar la presión de entrada al rotor y evitar la aparición de cavitación en el mismo. Este trabajo presenta el análisis realizado mediante simulaciones CFD a diferentes diseños de inductor para una turbobomba de combustible de un motor cohete, con restricciones geométricas en el cubo y la cubierta del inductor. Un total de 29 diferentes geometrías de álabe se generaron y analizaron mediante simulación numérica con un flujo incompresible sin cavitación. Las simulaciones para los distintos inductores se realizaron en modo estacionario, con un mallado estructurado, utilizando un modelo MRF (Multiple Reference Frames), donde el inductor es el dominio rotante y los tubos de entrada y salida son dominios estáticos. Como condiciones de borde, se impusieron presión total a la entrada y caudal másico a la salida. El solver es implícito, acoplado, basado en presiones, con un esquema “high resolution” para el término advectivo. De estos análisis, los tres diseños que alcanzaron el mejor desempeño fueron seleccionados para realizar simulaciones multifásicas que incluyeron un modelo de cavitación. Los resultados resaltan la influencia de la geometría 3D de los álabes en la eficiencia del inductor y muestran cómo se puede alcanzar el aumento de presión requerido con un diseño adecuado.Facultad de Ingenierí

Diseño de un inductor axial con proyección meridional fija

Un inductor es una bomba axial que se coloca antes del rotor principal de una bomba centrífuga, con el objetivo de aumentar la presión de entrada al rotor y evitar la aparición de cavitación en el mismo. Este trabajo presenta el análisis realizado mediante simulaciones CFD a diferentes diseños de inductor para una turbobomba de combustible de un motor cohete, con restricciones geométricas en el cubo y la cubierta del inductor. Un total de 29 diferentes geometrías de álabe se generaron y analizaron mediante simulación numérica con un flujo incompresible sin cavitación. Las simulaciones para los distintos inductores se realizaron en modo estacionario, con un mallado estructurado, utilizando un modelo MRF (Multiple Reference Frames), donde el inductor es el dominio rotante y los tubos de entrada y salida son dominios estáticos. Como condiciones de borde, se impusieron presión total a la entrada y caudal másico a la salida. El solver es implícito, acoplado, basado en presiones, con un esquema “high resolution” para el término advectivo. De estos análisis, los tres diseños que alcanzaron el mejor desempeño fueron seleccionados para realizar simulaciones multifásicas que incluyeron un modelo de cavitación. Los resultados resaltan la influencia de la geometría 3D de los álabes en la eficiencia del inductor y muestran cómo se puede alcanzar el aumento de presión requerido con un diseño adecuado.Facultad de Ingenierí

Diseño de un inductor axial con proyección meridional fija

Un inductor es una bomba axial que se coloca antes del rotor principal de una bomba centrífuga, con el objetivo de aumentar la presión de entrada al rotor y evitar la aparición de cavitación en el mismo. Este trabajo presenta el análisis realizado mediante simulaciones CFD a diferentes diseños de inductor para una turbobomba de combustible de un motor cohete, con restricciones geométricas en el cubo y la cubierta del inductor. Un total de 29 diferentes geometrías de álabe se generaron y analizaron mediante simulación numérica con un flujo incompresible sin cavitación. Las simulaciones para los distintos inductores se realizaron en modo estacionario, con un mallado estructurado, utilizando un modelo MRF (Multiple Reference Frames), donde el inductor es el dominio rotante y los tubos de entrada y salida son dominios estáticos. Como condiciones de borde, se impusieron presión total a la entrada y caudal másico a la salida. El solver es implícito, acoplado, basado en presiones, con un esquema “high resolution” para el término advectivo. De estos análisis, los tres diseños que alcanzaron el mejor desempeño fueron seleccionados para realizar simulaciones multifásicas que incluyeron un modelo de cavitación. Los resultados resaltan la influencia de la geometría 3D de los álabes en la eficiencia del inductor y muestran cómo se puede alcanzar el aumento de presión requerido con un diseño adecuado.Facultad de Ingenierí