flujo externo alrededor de un cilindro sin circulaciÓn

REPO

FL

Pade Rde laactúsustecorre infpued

por la ccarg Loprescon se oa unperppertulas s Para

ORTE

LUJO E

ara el cálcReynolds sa corrient

úa la fuerzentación d

riente será ferior y lade aprecia

el cilindrocapa límitgar los resu otro que

siones queBernoulli

observará en eje quependicularurbada. Esimetrías:

a el caso d

EXTER

culo del cose debe avte libre deza se pueddebido a qsimétrico

a fuerza dar para un

o ocurre ete (Para vultados dee se pued

e en el casi y tambiéen las cape pasa por a la n la figura

de los coef

RNO ALCI

oeficiente veriguar lae manera qda calculaque como o y no habre sustentaflujo pote

el fenómever estos esde el arcde observso de flujoén hay unapturas de pr el centrvelocidada que sigu

ficientes se

Page 1

REDEDIRCULAde arrastr

a fuerza toque segúnar el coefino hay cirrá diferen

ación no sencial la si

eno de sepcampos

chivo en elvar es el o potenciaa doble simpantalla quro del cild de corue se pued

e tiene:

of 22

DOR DEACIÓNre sobre uotal que acn la velociiciente, norculación cias de prerá apreci

imetría del

paración dse puede

l CD). campo d

l se calculmetría perue respectlindro y erriente nde observa

E UN CN. un cilindroctúa sobre idad, denso se calcuentonces esión paraiable. En l campo d

En estuconasí cielíneejediraguporya

de en

de la ro to es no ar

CILINDR

o para vareste y en

sidad y árulará el coel campo a las regiola figura q

de líneas d

el caso udiado nsidera laque se ob

erta simetreas pero r

e paraleección deuas arribar el centroque lueg

26.06.20

RO SIN

rios númerla direcciea en don

oeficiente de líneas

ones superque sigue

de corrient

que se ya

a viscosidbservará uría de estespecto a

elo a la corrien

a y que pao del cilindgo de pas

011

N

ros ión nde de de ior se

e:

ha se

dad una tas un la

nte asa dro sar

REPO

Dón

El oarrascircuser u

Dis Ende raadim

ORTE

nde =

objetivostre respeculación. y un flujo in

seño comn este casoadio por 1

mensional)

= =

o de este cto a camb considera

ncompresib

mputacio el diseño1m de long).A contin

=

trabajo esbios del núando una sble, perma

ional. o experimegitud (podnuación se

Page 2

==

s determinúmero de superficie anente, pla

ental se badría ser cua presenta

of 22

.

nar la evoluReynoldslisa, adiabano y bidi

asa en el dalquiera pel cilindro

. ó .

ución del s para un cbática (T=imensiona

dibujo de upor ser un ao dibujado

= 12 ó .

coeficientcilindro sin=283 K) adal.

un cilindroanálisis

o:

26.06.20

ó

te de n demás de

o de 1 cm

011

REPORTE Page 3 of 22 26.06.2011

Luego en el programa se dan todas las condiciones para la simulación además del volumen de control (Ver CD para los detalles de la simulación) : 0.02 : . : 283° : = 1000 Á = 0.02 × 0.01 = 2 × 10 á : = 0.01 =

El Reynolds se variará con la velocidad la cual tendrá los valores de:

U(m/s) 0.001 0.01 0.1 0.25 0.3 0.5 1 5 10 25 50 100

Realización de simulación y obtención de datos. Luego de simular en el programa este nos arrojó los datos siguientes:

FULL REPORT

System Info

Product Flow Simulation 2011 0.0. Build: 1440 Computer name GÍLMERVASQUEZA User name Gílmer Vasquez A Processors Intel(R) Core(TM) i5-2410M CPU @ 2.30GHzMemory 4043 MB / 8388607 MB Operating system (Build 7600) CAD version SolidWorks 2011 SP0.0 CPU speed 2301 MHz

General Info

Model C:\Users\Gílmer Vasquez A\Desktop\MAS DOCUMENTOS\VII\MECÁNICA DE FLUIDOS II\LABORATORIO CFD\III\CLASE 3 ANALISIS DE FLUJO EXTERNO EN UN CILOINDRO IRR\CYLINDER.SLDPRT

Project name Cylinder D1cm (Re=10) (1) Project comment Cálculo del coeficiente de arrastre en un

cilindro. Project path C:\Users\Gílmer Vasquez A\Desktop\MAS

DOCUMENTOS\VII\MECÁNICA DE FLUIDOS II\LABORATORIO CFD\III\CLASE 3 ANALISIS DE FLUJO EXTERNO EN UN CILOINDRO IRR\2

Units system SI (m-kg-s) Analysis type External (not exclude internal spaces)

REPORTE Page 4 of 22 26.06.2011

Exclude cavities without flow conditions Off Coordinate system Global coordinate system Reference axis X

INPUT DATA

Initial Mesh Settings Automatic initial mesh: On Result resolution level: 5 Advanced narrow channel refinement: Off Refinement in solid region: Off

Geometry Resolution

Evaluation of minimum gap size: Automatic Evaluation of minimum wall thickness: Automatic

Computational Domain

Size

X min -0.035 m X max 0.055 m Y min -0.035 m Y max 0.035 m Z min 0.490 m Z max 0.510 m

Boundary Conditions

2D plane flow XY - plane flow At X min Default At X max Default At Y min Default At Y max Default At Z min Symmetry At Z max Symmetry

Physical Features Heat conduction in solids: Off Time dependent: Off Gravitational effects: Off Flow type: Laminar and turbulent Cavitation: Off High Mach number flow: Off Default roughness: 0 micrometer Default wall conditions: Adiabatic wall

Ambient Conditions Thermodynamic parameters Static Pressure: 101325.00 Pa

Temperature: 283.20 K Velocity parameters Velocity vector

Velocity in X direction: 0.001 m/s Velocity in Y direction: 0 m/s

REPORTE Page 5 of 22 26.06.2011

Velocity in Z direction: 0 m/s Turbulence parameters Turbulence intensity and length

Intensity: 0.10 % Length: 1.000e-004 m

Material Settings

Fluids

Water

Goals

Global Goals

GG X - Component of Force 1 Type Global Goal Goal type X - Component of Force Coordinate system Global coordinate system Use in convergence On

Calculation Control Options

Finish Conditions

Finish conditions If one is satisfied Maximum travels 4.000 Goals convergence Analysis interval: 0.500

Solver Refinement

Refinement: Disabled

Results Saving

Save before refinement On

Advanced Control Options

Flow Freezing Flow freezing strategy Disabled

RESULTS

General Info Iterations: 42 CPU time: 9 s

Log

Mesh generation started 23:44:43 , Jun 25 Mesh generation normally finished 23:44:44 , Jun 25

REPORTE Page 6 of 22 26.06.2011

Preparing data for calculation 23:44:45 , Jun 25 Calculation started 0 23:44:46 , Jun 25 Calculation has converged since the following criteria are satisfied: 41

23:45:09 , Jun 25

Goals are converged 41 Calculation finished 42 23:45:09 , Jun 25

Calculation Mesh

Basic Mesh Dimensions

Number of cells in X 70 Number of cells in Y 50 Number of cells in Z 1

Number Of Cells

Total cells 3500 Fluid cells 3392 Solid cells 64 Partial cells 44 Irregular cells 0 Trimmed cells 0 Maximum refinement level: 0

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

R

Unit

N

RESULT

Value

3.567e-00

Page 7

TADOS

Progres

7 100

of 22

S PARA

ss Use convOn

Re=10

in vergence

D

2e-

Delta

.87828658-008

26.06.20

Criteria

3.1155952e-008

011

27

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

R

Unit

N

RESULT

Value

1.164e-00

Page 8

TADOS

Progres

5 100

of 22

PARA

ss Use convOn

Re=100

in vergence

D

6e-

0

Delta

.96252435-008

26.06.20

Criteria

8.949724e-008

011

17

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RE

Unit

N

ESULTA

Value

5.568e-00

Page 9

TADOS P

Progres

4 43

of 22

PARA R

ss Use convOn

Re=100

in vergence

D

2e-

0

Delta

.51857675-005

26.06.20

Criteria

1.085153e-005

011

82

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RE

Unit

N

ESULTA

Value

0.004

Page 10

TADOS P

Progres

100

0 of 22

PARA R

ss Use convOn

Re=250

in vergence

D

6e-

0

Delta

.39996856-005

26.06.20

Criteria

6.8961659e-005

011

99

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RE

Unit

N

ESULTA

Value

0.006

Page 11

TADOS P

Progres

100

1 of 22

PARA R

ss Use convOn

Re=300

in vergence

D

9e-

0

Delta

.16448115-005

26.06.20

Criteria

0.0001004526

011

46

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RE

Unit

N

ESULTA

Value

0.016

Page 12

TADOS P

Progres

100

2 of 22

PARA R

ss Use convOn

Re=500

in vergence

D

04

0

Delta

.00025431446

26.06.20

Criteria

0.00028536676

011

39

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RE

Unit

N

ESULTA

Value

0.056

Page 13

ADOS P

Progres

100

3 of 22

PARA R

ss Use convOn

Re=1000

in vergence

D

06

00

Delta

.0010571762

26.06.20

Criteria

0.0011480249

011

05

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RE

Unit

N

ESULTA

Value

1.455

Page 14

ADOS P

Progres

100

4 of 22

PARA R

ss Use convOn

Re=5000

in vergence

D

03

00

Delta

.028415289

26.06.20

Criteria

0.028549066

011

02

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RES

Unit

N

SULTA

Value

5.753

Page 15

ADOS PA

Progres

100

5 of 22

PARA Re

ss Use convOn

e=1000

in vergence

D

02

00

Delta

.10249489

26.06.20

Criteria

0.1124677

011

87

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RESU

Unit

N

ULTAD

Value

35.094

Page 16

OS PAR

Progres

100

6 of 22

RA Re=

ss Use convOn

=250 000

in vergence

D

06

0

Delta

.45106299

26.06.20

Criteria

0.56507473

011

74

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RESU

Unit

N

ULTAD

Value

139.357

Page 17

OS PAR

Progres

100

7 of 22

RA Re=

ss Use convOn

=500 000

in vergence

D

2

0

Delta

.05741476

26.06.20

Criteria

2.1258025

011

56

REPO

GoaNam

GG XComof Fo

ORTE

als me U

X - mponent orce 1

N

RES

Unit

N

SULTAD

Value

462.298

Page 18

DOS PA

Progres

100

8 of 22

ARA Re

ss Use convOn

e=1000 0

in vergence

D

6

000

Delta

.32515914

26.06.20

Criteria

6.7900763

011

35

REPORTE Page 19 of 22 26.06.2011

Análisis y discusión de resultados: Con los datos para las fuerzas de sustentación y de arrastre para cada número de Reynolds se calculó los coeficientes respectivos con los siguientes valores:

Tabla #1: Fuerza de arrastre para cada Reynolds.

Velocidad (m/s) Reynolds Fuerza (Fx) (N) 0.001 10 3.67932E-07 0.01 100 1.1578E-05 0.1 1000 0.000572127

0.25 2500 0.004178677 0.3 3000 0.005969227 0.5 5000 0.016104453 1 10000 0.052756638 5 50000 1.464817254

10 100000 5.786394648 25 250000 35.11959384 50 500000 138.4586166

100 1000000 459.9705064

Tabla #2 Coeficientes por cada Reynolds

Reynolds

Coeficiente de arrastre .

10 3.67932 100 0.05789

1000 0.57213 2500 0.66859 3000 0.66325 5000 0.64417 10000 0.52757 50000 0.58593

100000 0.57864 250000 0.56191 500000 0.55383 1000000 0.45997

REPORTE Page 20 of 22 26.06.2011

De la tabla anterior se obtuvo la siguiente gráfica:

01

23

45

67

89

10 x 105

00.511.522.533.54

Reyn

olds

Cd (Coeficiente de arrastre)Co

eficie

nte de

arras

tre Vs

Reyn

olds p

ara un

cilin

dro si

n circ

ulació

n.

Cd

REPORTE Page 21 of 22 26.06.2011

-10

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

1000

000.511.522.533.54

Reyn

olds

Cd (Coeficiente de arrastre)

Coefi

ciente

de ar

rastre

Vs Re

ynold

s para

un ci

lindro

sin c

ircula

ción (

Fig. II

).

Cd

REPORTE Page 22 of 22 26.06.2011

Conclusiones: De acuerdo a los resultados se puede decir:

Como se puede apreciar en ambas gráficas el coeficiente tiene una tendencia no lineal y en zonas como de Re=0 a Re=1000 hay una concavidad lo cual nos dice que la tendencia no siempre es de decrecimiento o crecimiento para Cd.

Si es que en una investigación se requiere información para número de Reynolds bajos menores a 1000 es necesario hacer mucha mas simulaciones ya que se pueden presentar mas anomalías en esta zona.

Y en cuanto a los datos para Reynolds mayores a 3000 es claro que la tendencia es hacia disminuir y lentamente.

Es necesario hacer experimentación para comprobar estos datos especialmente para bajos Reynolds.

Bibliografía: Mecánica de fluidos-Pedro Fernández Díez-Página: IV.55-IV.68.