Procedimiento para el análisis de vibración inducida por flujo turbulento en tuberías usando simulación numérica

• Rosendo Franco ; Michael A. Blas ^[1] ; Leonidas Rodríguez ^[1] ; L. Enrique Ortiz Vidal ^[2]
  1. [1] Pontificia Universidad Católica del Perú

     Pontificia Universidad Católica del Perú

     Perú

     
  2. [2] Universidad de O’Higgins (UOH)
• Localización: Información tecnológica, ISSN-e 0718-0764, ISSN 0716-8756, Vol. 31, Nº. 3 (Junio), 2020, págs. 265-276
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Procedure for turbulent flow-induced vibration analysis of pipes using numerical simulation
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• Resumen
  • español

    Se propone un procedimiento para estudiar el fenómeno de vibración inducida por flujo (FIV) en tuberías que transportan fluido newtoniano en régimen turbulento. Se usa un modelo numérico que considera la interacción fluido-estructura a través del acoplamiento bidireccional entre estos dominios físicos. Se emplean los métodos de Volúmenes Finitos y Elementos Finitos para resolver los dominios fluidodinámico y estructural, respectivamente. Se considera: (i) condición de periodicidad para obtener rápidamente un flujo turbulento totalmente desarrollado, (ii) modelo WMLES S-Omega para la turbulencia, (iii) tubería de material elástico lineal, y (iv) teoría de grandes desplazamientos. El modelo se implementa en el software ANSYS 2019 R1.

    Se simulan tres condiciones de flujo de agua en una tubería horizontal biempotrada de PVC de 20.4 mm de diámetro interno. Los resultados muestran los mismos efectos de la velocidad sobre la amplitud y frecuencia de vibración que los reportados en estudios experimentales y analíticos, validando el procedimiento propuesto.

  • English

    A procedure for the study of the flow-induced vibration (FIV) phenomenon of pipes conveying turbulent Newtonian fluid flow is proposed. A numerical model that considers the fluid-structure interaction through the bidirectional coupling between these physical domains is used. The Finite Volume and Finite Element methods, respectively, are used to solve the fluid-dynamic and structural domains. The model considers: (i) periodicity condition for quickly obtaining a fully developed turbulent flow, (ii) WMLES S Omega model for turbulence, (iii) pipe with linear elastic material, and (iv) large displacements theory. The model is implemented in ANSYS 2019 R1 software. Three water flow conditions in a clamped-clamped horizontal PVC pipe with 20.4 mm internal diameter are simulated. The results show the same velocity effects on the amplitude and frequency vibration reported by experimental and analytical studies, validating the proposed procedure.