O que é fluxo interno – definição

Fluxo Interno

Na dinâmica de fluidos, o fluxo interno é um fluxo para o qual o fluido é confinado por uma superfície . O conhecimento detalhado do comportamento dos regimes de fluxo interno é importante na engenharia, porque os tubos circulares podem suportar altas pressões e, portanto, são usados ​​para transportar líquidos. Dutos não circulares são usados ​​para transportar gases de baixa pressão, como ar em sistemas de refrigeração e aquecimento. A configuração do fluxo interno é uma geometria conveniente para fluidos de aquecimento e resfriamento usados ​​em tecnologias de conversão de energia, como usinas nucleares .

Para o regime de fluxo interno, uma região de entrada é típica. Nesta região, um fluxo a montante quase inviscido a montante converge e entra no tubo. Para caracterizar esta região, o comprimento da entrada hidrodinâmica é introduzido e é aproximadamente igual a:

O comprimento máximo de entrada hidrodinâmica, em Re _{D, crit}  = 2300 ( fluxo laminar ), é L _e = 138d, onde D é o diâmetro do tubo. Esse é o maior comprimento de desenvolvimento possível. Em escoamento turbulento , as camadas limite crescer mais rapidamente, e L _e  é relativamente mais curto. Para qualquer problema, L _e  / D deve ser verificado para ver se L _e  é insignificante quando comparado ao comprimento do tubo. A uma distância finita da entrada, os efeitos da entrada podem ser negligenciados, porque as camadas de fronteira se fundem e o núcleo invíscido desaparece. O fluxo do tubo é então totalmente desenvolvido .

Diâmetro hidráulico

Para simplificar ainda mais os cálculos e aumentar a gama de aplicações , é introduzido o diâmetro hidráulico :

O diâmetro hidráulico, D _h , é um termo comumente usado ao manipular o fluxo em tubos e canais não circulares . O diâmetro hidráulico transforma dutos não circulares em tubos de diâmetro equivalente . Usando este termo, pode-se calcular muitas coisas da mesma maneira que para um tubo redondo. Nesta equação, A é a área da seção transversal e P é o perímetro úmido da seção.

A maioria dos fluxos industriais, especialmente os de engenharia nuclear, são turbulentos . Para análise de tubo reto único, assumindo que o fluxo unidirecional, os problemas de projeto de tubos geométricos e cinemáticos dependem do gráfico Moody e podem ser agrupados da seguinte forma:

• Avalie as características necessárias da bomba (características QH ) com base na queda de pressão calculada Δp para transmitir uma determinada vazão máxima.
• Calcule uma queda de pressão especificada para o tubo de diâmetro D, de determinado comprimento e taxa de fluxo. Esse problema requer um procedimento iterativo porque o número de Reynolds e, portanto, o fator de atrito f, não é conhecido.
• Calcule a taxa de fluxo Q para uma dada geometria do tubo (D, L, ε / D ) e queda de pressão, onde ε / D é a rugosidade relativa da superfície. Esse problema requer um procedimento iterativo porque o número de Reynolds e, portanto, o fator de atrito f, não é conhecido.

Exemplo: número de Reynolds para uma tubulação primária e um pacote de combustível

É um exemplo ilustrativo, os dados a seguir não correspondem a nenhum projeto de reator.

Os reatores de água pressurizada são resfriados e moderados por água líquida de alta pressão (por exemplo, 16MPa). A essa pressão, a água ferve a aproximadamente 350 ° C (662 ° F). A temperatura de entrada da água é de cerca de 290 ° C (~ ~ 720 kg / m ³ ). A água (refrigerante) é aquecido no núcleo do reactor para cerca de 325 ° C (⍴ ~ 654 kg / m ³ ) medida que a água flui através do núcleo .

O circuito primário dos PWRs típicos é dividido em 4 circuitos independentes (diâmetro da tubulação ~ 700 mm), cada circuito compreende um gerador de vapor e uma bomba de refrigeração principal . Dentro do vaso de pressão do reator (RPV), o líquido de arrefecimento flui primeiro para fora do núcleo do reator (através do descendente ). Do fundo do vaso de pressão, o fluxo é revertido através do núcleo, onde a temperatura do líquido de refrigeração aumenta à medida que passa pelas barras de combustível e pelos conjuntos formados por elas.

Presumir:

• a velocidade do fluxo da tubulação primária é constante e igual a 17 m / s,
• a velocidade de fluxo do núcleo é constante e igual a 5 m / s,
• o diâmetro hidráulico do canal de combustível , D _h , é igual a 2 cm
• a viscosidade cinemática da água a 290 ° C é igual a 0,12 x 10 ^-6 m ² / s

Veja também: Exemplo: Vazão através do núcleo de um reator

Determinar

• o regime de fluxo e o número de Reynolds dentro do canal de combustível
• o regime de fluxo e o número de Reynolds dentro da tubulação primária

O número de Reynolds dentro da tubulação primária é igual a:

Re _D = 17 [m / s] x 0,7 [m] / 0,12 × 10 ^-6 [m ² / s] = 99 000 000

Isso satisfaz plenamente as condições turbulentas .

O número de Reynolds dentro do canal de combustível é igual a:

Re _DH = 5 [m / s] x 0,02 [m] / 0,12 × 10 ^-6 [m ² / s] = 833 000

Isso também satisfaz plenamente as condições turbulentas.