Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería (Aug 2006)
The effect of the choice of turbulence model on the simulation of fluid flow on a centrifugal separator
Abstract
La selección de un modelo de turbulencia adecuado en la simulación de flujo de fluidos, es una interrogante frecuente en el campo del modelado computacional. Esta inquietud llevó a desarrollar este trabajo como parte de un estudio del comportamiento del flujo bifásico agua-aire en un separador centrífugo GLCC (Gas-Liquid Cylindrical Cyclone), utilizando el método del Volumen Finito. El estudio de los modelos de turbulencia se llevó a cabo, por medio de simulaciones hechas con un programa comercial, considerando flujo monofásico (Agua) en un separador centrífugo. Entre los modelos considerados están Kappa-Epsilon Estándar, Grupo Renormalizado Kappa-Epsilon (RNG) y Reynolds Stress con esquemas de interpolación de alto y bajo orden, comparándose los resultados con datos experimentales en términos de la velocidad angular medida a diferentes alturas del separador considerando diferentes caudales. Los resultados obtenidos permiten constatar que los modelos de turbulencia RNG y Reynolds Stress con esquemas de alto orden concuerdan satisfactoriamente con los datos experimentales, por el contrario, los modelos k-e y RNG con bajo orden presentan tendencias similares a las curvas experimentales pero difieren considerablemente en la magnitud de sus valores.The selection of an appropriate turbulence model is a critical step in the set up of a fluid flow simulation, as it is expected that this choice will have a significant impact on the validity of the results. In this work, we study the impact of the choice of a turbulence model, as part of a study of the behavior of air-water two-phase flow in a cylindrical cyclone separator using the finite volume method(FVM).The study was conducted with a commercial CFD code to simulate single-phase flow of water in the cyclone separator, using the standard Kappa-Epsilon (κ-ε), Renormalization-Group Kappa-Epsilon (RNG) and Reynolds Stress (RS) models with both low-order and high-order interpolation. Simulation results were compared with experimental data of angular velocities and flow rates at different heights in the separator. The results show that the RNG and RS models with high order interpolation agree satisfactorily with the experimental data, while κ-ε and low-order RNG model are able to capture the trends of the experimental data but fail to match the observed values.
