Estudio paramtrico de un ciclo de eyeccin de

Estudio paramétrico de un ciclo de eyección de baja presión para la recuperación de energía térmica de los gases de escape. Optimización de casos con presiones bajas en el flujo secundario Autora: Natalia Esteve Ferrer Director: Vicente Dolz Ruiz

Índice general 1. Introducción 2. Objetivos 3. Modelado CFD 4. Estudio paramétrico 5. Optimización de la geometría 6. Conclusiones 1/15

Introducción Ciclos de eyección EYECTOR Figura 1. 1. Sistema de refrigeración por eyección. 2/15

Introducción • Cámara de succión • Cámara de mezclado • Difusor 0 2 1 Figura 1. 2. Esquema bidimensional del eyector 3/15

Objetivos • Estudiar el comportamiento del flujo en el interior del eyector mediante técnicas CFD. • Determinar los parámetros geométricos más importantes que definen su funcionamiento. • Obtener una geometría comportamiento global. que mejore el 4/15

Modelado CFD Preprocesado Cálculo Postprocesado • Geometría • Mallado • Configuración • Resolución Ansys Design. Modeler ® Ansys Mesher ® Ansys Fluent ® 5/15

Modelado CFD Preprocesado • Geometría. Problema axisimétrico Figura 3. 1. Mitad del dominio bidimensional • Mallado. Elementos cuadriláteros 22551 celdas División en bloques 6/15

Modelado CFD Cálculo • R-134 a. Gas real Uso de datos del NIST • Modelo de turbulencia • Rango de operaciones de estudio Condición de contorno Presión (bar) Temperatura (K) Entrada principal 25 - 40 454 Entrada secundaria 2, 93 – 4, 433 273 - 285 Salida 9, 496 – 12, 16 404, 5 - 412, 1 • Arranque de la tobera Método cuasi-estacionario 7/15

Estudio paramétrico RESULTADOS (a) P 2 = 25 bar, P 1 = 9, 9496 bar (c) P 2 = 35 bar, P 1 = 13, 1 bar (b) P 2 = 30 bar, P 1 = 10, 42 bar (d) P 2 = 40 bar, P 1 = 11, 75 bar Figura 4. 1. Contornos del Mach para diferentes ensayos. 8/15

Estudio paramétrico RESULTADOS Figura 4. 1. Gasto másico principal en función de la presión de entrada del conducto principal. Figura 4. 2. Gasto másico secundario en función del ratio de presiones entre la salida y el conducto principal a 35 bar. 9/15

Estudio paramétrico Reflujo Figura 4. 5. Dirección del flujo para ejemplo de ensayo con flujo reverso Figura 4. 4. Contornos del Mach para ejemplo de ensayo con flujo reverso 10/15

Estudio paramétrico RESULTADOS Figura 4. 5. Evolución de los gastos másicos en función del ratio de presiones entre la salida y el conducto principal a 35 bar. Figura 4. 6. Evolución de la relación de gastos másicos a la entrada en función del ratio de presiones entre la salida y el conducto principal. 11/15

Optimización de la geometría Criterio de optimización Parámetros geométricos más relevantes Área de garganta de la tobera • Gasto másico principal • Robustez de la tobera Longitud cámara de mezclado • Mezclado de ambos flujos • Ratio de arrastre 12/15

Optimización de la geometría Reducción radio garganta tobera 2 % Condiciones de contorno P 2 35 - 40 bar P 0 2, 93 - 3, 074 bar P 1 10, 6 – 11, 38 bar Aumento longitud cámara mezcla 37, 8 % • Disminuye 56, 6 % gasto másico principal • Disminuye 3 – 15 % gasto másico secundario • Aumenta 95 – 123 % ratio de arrastre El caudal principal no es suficiente para vencer la contrapresión. Los principales límites de las condiciones de contorno se hallan en las presiones de salida y entrada de la tobera. 13/15

Optimización de la geometría (a) Geometría inicial. (b) Geometría optimizada. Figura 5. 1. Contornos del Mach para diferentes geometrías. P 0 = 2, 93 bar P 2 = 40 bar P 1 = 11, 02 bar 13/15

Optimización de la geometría Propiedades del fluido refrigerante Sistema en el que se vaya a integrar Condiciones de contorno Geometría óptima 14/15

Conclusiones • El modelado en CFD de un eyector supersónico con fluidos reales es un proceso delicado y que requiere de elevados tiempos de cálculo. • Las bajas presiones a la entrada secundaria son las más adecuadas para el correcto arranque de la tobera y el eyector. • Los parámetros geométricos que tienen mayor influencia en el comportamiento del eyector son la relación de áreas y la longitud de la cámara de mezclado. • La obtención de una geometría óptima depende de las condiciones de contorno. No es posible que se adapte a todo el rango de aplicación de manera adecuada. 15/15

GRACIAS POR SU ATENCIÓN