Estudio del flujo bifásico aire-líquido en tuberías verticales: Base de datos experimental para la validación de programas CFD

Abstract

El estudio del comportamiento del flujo multifásico y su modelado ha sufrido un gran cambio con la introducción de los programas CFD, y el avance en los sistemas de medida. La resolución temporal y espacial de los programas de cálculo y la instrumentación se ha incrementado notablemente. Así, se hace indispensable disponer de nuevos resultados experimentales que permitan desarrollar nuevos modelos adaptados a estas capacidades, y a su vez validar las actuales herramientas de cálculo, especialmente los códigos CFD. La Universitat Jaume I de Castelló y la Universidad Politécnica de Valencia poseen una larga trayectoria en la experimentación y modelado de sistemas bifásicos. Fruto de ello se ha desarrollado en la UJI una instalación experimental, un loop vertical de 6 metros para estudiar el flujo bifásico en tuberías, con abundante instrumentación como sondas de conductividas, LDA y cámaras rápidas. En este trabajo se presentarán los resultados para tuberías verticales de 52 mm de diámetro en régimen de bubbly y slug. La instalación experimental está totalmente automatizada y es capaz de medir distribución de fracción de huecos, velocidad de la fase gas y líquido, turbulencia de la fase líquida, densidad de área interfacial y distribución de población de burbujas y tamaños. Se han desarrollado las sondas de conductividad de 4 sensores y el software para el procesado e la señal obtenida. Se han ensayado en el rango de velocidad del líquido de 0.5 a 3 m/s y fracciones de gas medias de 5 a 30%, así como con temperaturas y tensiones interraciales del fluido distintas. Se han tomado medidas en tres puertos axiales y en cada uno de ellos 15 puntos radiales. Con todo ello se ha creado una base de datos detallada que permite a los investigadores desarrollar nuevos modelos o validar los códigos actuales con garantías. En ella se estudia el flujo en régimen bubbly, la transición hacia slug y el inicio del slug. Cabe destacar el estudio realizado mediante LDA de la fase líquido , lo que permite obtener distribuciones radiales de talladas de velocidad y turbulencia.