Entrada y salida del sifón hidráulico Velocidad de entrada magnitud y perfiles

Estoy trabajando en el flujo hidráulico de agua de mar a través de un aliviadero de sifón. Mi tarea es determinar en un lugar frente al aliviadero la velocidad y el perfil del flujo cuando

El flujo ingresa al vertedero
El flujo sale del vertedero

Ver adjunto un dibujo del problema.

Ahora la fórmula básica para calcular el flujo a través del sifón es

Δ H = ξ \frac{v^{2}}{2 g}

$\Delta H = \xi \frac{v^2}{2g}$ donde:

$\Delta H$ = presión

$\xi$ = pérdidas por fricción total

v = velocidad de flujo

g = aceleración gravitacional

La pregunta es: ¿cuál es el perfil de flujo y la velocidad en la ubicación frente al aliviadero (vea el dibujo) para un cabezal de presión, geometría y factor de pérdida de fricción dados?

Tenga en cuenta que no estoy buscando un análisis completo de CFD en esta etapa.

Se agradece cualquier ayuda sobre cómo abordar este problema.

fluid-mechanics hydraulics

— Ruudc
fuente

ξ

$\xi$ probablemente variará fuertemente con la velocidad.

— Rick

¿Serías capaz de ser más específico? es una combinación de pérdidas por fricción e inercia. ¿Dónde crees que la contribución es mayor?

ξ

$\xi$

— Ruudc

A bajas velocidades (pequeñas diferencias de carga) probablemente se deba principalmente a pérdidas viscosas, a velocidades más altas las pérdidas por inercia probablemente dominarán. ¿Estás tratando de modelar esto como un problema 2D? Si no, ¿cuál es el ancho?

— Rick

Sí, eso tiene sentido. Estoy tratando de resolver en 3D con un ancho de 3,2 metros. Por el momento sé que las pérdidas inerciales combinadas son = 1.62 y las pérdidas por fricción son = 0.38. Aunque todavía no estoy seguro de cómo determinar la magnitud de la velocidad y el perfil en la región que indiqué. La diferencia de cabeza es de entre 0,5 y 1,5 metros.

ξ

$\xi$

ξ

$\xi$

— Ruudc

¿Cómo obtuviste esos valores para ? El flujo de entrada probablemente convergerá en la entrada de manera bastante uniforme con una pequeña cantidad de pérdida viscosa. En la salida, el flujo probablemente continuará a lo largo de su camino, extendiéndose gradualmente con zonas de recirculación a cada lado y en la parte superior. Calcular estas zonas requeriría CFD, aunque probablemente existan algunas técnicas de aproximación. ¿Por qué necesitas el perfil de flujo? Si solo está tratando de calcular las pérdidas, probablemente pueda suponer que no hay recuperación de presión en la salida y que no hay pérdidas en la entrada.

ξ

$\xi$

— Rick

Respuestas:

El caso de flujo de salida podría considerarse asumiendo un jet confinado en un lado. Eso debería dar una solución analítica razonable para el lado del océano.

El caso del flujo de entrada es más complicado, pero debería poder encontrar alguna investigación sobre los campos de flujo aguas arriba de un orificio. La cama limita el flujo de entrada, por lo que es un caso único. Intente buscar estudios sobre una entrada de orificio con la cama / piso que limita la entrada. Creo que los campos de flujo publicados de alguien para ese caso.

— trees4me
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Como simplificación, supondría que el flujo que ingresa a la tubería fluye principalmente de manera uniforme hacia la tubería desde todas las direcciones, lo que significa que la velocidad del flujo disminuirá rápidamente y habrá muy poca pérdida de energía asociada con ella.

Por el contrario, supondría que el agua que sale de la tubería seguiría en línea recta con la misma velocidad, la energía cinética en el flujo se disiparía a través de efectos viscosos y turbulentos.

Por supuesto, este perfil de flujo se vería afectado por cualquier objeto (como turbinas) colocado en el camino, y a velocidades de flujo bajas, el chorro se difundiría en una distancia significativamente más corta.

Si está buscando un análisis más preciso, creo que necesita analizar la dinámica del chorro, o simplemente usar una simulación, aunque las simulaciones de chorro son sensibles a la elección del modelo turbulento, así que asegúrese de validar su modelo.

— Almiar
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