Estudio y determinación del coeficiente de descarga en toberas de flujo crítico

Resumen

En el presente trabajo se desarrolla un estudio teórico-numérico del coeficiente de descarga en toberas toroidales de flujo critico diseñadas bajo la norma IS0-9300, operando en régimen de capa limite turbulenta. El estudio tiene como objetivo evaluar la incidencia de los efectos viscosos en la región de capa limite y el comportamiento bidimensional del flujo en el coeficiente de descarga, para fluidos con número de P, =-0.7. Como resultado del estudio se obtiene una correlación teórico-numérica para determinar este coeficiente en régimen de capa limite turbulenta basada en diversos parámetros dinámicos y termodinámicos del fluido y en la configuración geométrica de la tobera, esta correlación es puesta en función del número de Reynolds referido al diámetro de la garganta de la tobera. La determinación del coeficiente de descarga basa su desarrollo en el estudio de dos zonas de flujo, la primera de ellas comprende la región de esfuerzos viscosos del fluido en la región de capa limite, la segunda zona es referida al núcleo de la tobera en el cual el flujo se puede considerar irrotacional, para llevar a cabo el estudio del flujo en estas zonas se utiliza la teoría de capa limite turbulenta para la primera de las mismas y la simulación numérica del flujo bajo un contexto idimensional para la segunda zona. La correlación obtenida del coeficiente de descarga es validada mediante una comparación directa contra correlaciones experimentales de la norma IS0-9300 y del Korea Research Institute of Standards and Science (KRJSS), en un rango del número de Reynolds basado en la garganta de la tobera de l.4 a 2.6 x 106. La coincidencia entre el modelo propuesto y las correlaciones experimentales es menor de 0.2%.