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

Abstract

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.