Predicción de datos de diseño en reactores provistos de turbina de flujo axial mediante CFD

Abstract

Este proyecto presenta un estudio realizado mediante un software comercial, llamado FLUENT, sobre agitadores de flujo axial. El software empleado está basado en la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), que utiliza las ecuaciones de Navier-Stokes para simular los fenómenos de la fluidodinámica mediante cálculo por ordenador. Para el estudio se ha escogido un sistema del cual se disponen de datos experimentales para poder comparar los resultados. Así pues se seleccionó un recipiente cilíndrico agitado mediante una turbina de flujo axial estándar, del tipo Pitched Blade Turbine Downflow (PBTD) de seis palas inclinadas 45º. Una vez efectuado el aprendizaje del software se utilizaron las dos metodologías del cual dispone para simular sistemas con elementos móviles: Multiple Reference Frame (MRF) y Sliding Mesh (SM). La primera es una metodología que está enfocada a escenarios estacionarios, mientras que la segunda lo está a escenarios transitorios. Aparte se realizó un análisis de sensibilidad en donde se estudió la influencia de la densidad de los elementos de mallado, del tamaño del volumen móvil y del modelo de turbulencia. Teniendo en cuenta el funcionamiento del software y del análisis de sensibilidad se realizaron dos validaciones, una para cada metodología, y sus resultados fueron contrastados con datos bibliográficos experimentales medidos en un agitador real mediante un láser Doppler. A continuación se efectuó un estudio variando el número de Reynolds desde régimen laminar hasta régimen turbulento, con la finalidad de comprobar la variación de los parámetros característicos del agitador estudiado. Posteriormente se simuló la entrada de un segundo fluido en el sistema y se estudió el tiempo de mezcla del agitador en régimen de turbulencia plena. Finalmente se presenta una comparación entre los datos obtenidos mediante las simulaciones en CFD y datos bibliográficos con la finalidad de observar la precisión del estudio realizado.