Modelado numérico de un tubo vórtice utilizando dinámica de fluidos computacional - Montejo Alvaro, Fernando (Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, 2012)
The Ranque-Hilsch Vortex Tube is an alternative device to produce a cooling effect. The knowledge of the vortex tube physics is not dearly understood, however it is used in many industrial applications for local cooling because it has small size, besides it is simple for manufacturing, for fixing and it does not need chemical or electrical power in the inlet. Despite the various theories advanced to explain the phenomenon of separation of power, has recently been used Computational Fluid Dynamics (CFD) to try to explain the fundamental principle behind the separation of energy produced by this tube. In this paper a numerical study is performed in two and three dimensions of the operation of a commercial Ranque-Hilsch tube which will serve to implement the CFD model that predicts the behavior caused by the effect of the main variables involved in the separation mechanism energy. From experimental data are assigned the respective boundary conditions for pressure, temperature and mass flow. The model is solved as a structured mesh axisymmetric problem with compressible flow using the turbulence model k-? and discretization schemes of second and third order. Based on this formulation, the numerical model obtained should serve as a tool for future researchers seeking to understand the effects of modifying the geometry and different boundary conditions on the effect of energy gap, allowing the investigation of the vortex tube in the context of new applications.

El tubo Ranque-Hilsch se presenta como un dispositivo alternativo para producir un efecto de enfriamiento. A pesar de la falta de entendimiento de la física del tubo vórtice, se utiliza en diversas aplicaciones industriales para enfriamiento local, ya que presenta ventajas al ser pequeño, simple de fabricar y reparar, además de no requerir potencia química o eléctrica para su operación. A pesar de las diferentes teorías expuestas para explicar el fenómeno de separación de energía, recientemente se ha utilizado la Dinámica de Fluidos Computacional (DFC) para tratar de explicar el principio fundamental detrás de la separación de energía producida por este tubo. En este trabajo se realiza un estudio numérico en dos y tres dimensiones de la operación de un tubo Ranque-Hilsch comercial lo que servirá para implementar el modelo DFC que prediga el comportamiento causado por el efecto de las principales variables que intervienen en el mecanismo de separación de energía. A partir de datos experimentales se asignan las condiciones de frontera respectivas para la presión, temperatura y flujo másico. El modelo se resuelve con mallas estructuradas y como un problema axisimétrico, con flujo compresible utilizando el modelo de turbulencia k-ε y esquemas de discretización de segundo y tercer orden. En base a esta formulación, el modelo numérico obtenido deberá servir como herramienta base para futuras investigaciones que pretenden entender los efectos de la modificación de la geometría y diferentes condiciones de frontera sobre el efecto de separación de energía, permitiendo la investigación del tubo vórtice en el contexto de nuevas aplicaciones.
Facultad de Ingeniería Mecánica. Maestría Ciencias en Ingeniería Mecánica
Keywords: info:eu-repo/classification/cti/7; FIM-M-2012-0036; Tubo Ranque-hils; Ventajas; Entendimiento; http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/xmlui/handle/DGB_UMICH/5389