Two-dimensional treesph simulations of choked flow systems

Es bien conocido que el flujo de gas, liquido y sus mezclas a traves de restrictores instalados en sistemas de tuberias es de gran importancia practica en muchos procesos industriales. A pesar de su importancia, simulaciones hidrodinamicas numericas de este tipo de flujos son casi inexistentes en la literatura. AQui presentamos calculos exploratorios bidimensionales de flujo viscoso de una sola fase a traves de un estrangulador de dimensiones reales, utilizando el Metodo de Hidrodinamica de Particulas Suavizadas (SPH) acoplado con una ecuacion sencilla isotermica de estado para la descripcion del flujo. Los resultados indican que un patron de flujo medio aproximadamente estacionario se establece rapidamente a traves de todo el tubo, con la densidad y presion cayendo y el flujo de velocidad aumentando dentro del estrangulador. Si el flujo aguas abajo es inhibido a la salida del tubo, una caida de presion de alrededor de 12% ocurre a traves del estrangulador cuando el flujo medio alcanza un estado aproximadamente estacionario. Si, por otro lado, el flujo no es inhibido aguas abajo, la caida de presion se reduce a 8% o menos. El flujo a traves del estrangulador se mantiene subsonico con velocidades tipicas de ~ 0.1c, donde c denota la velocidad del sonido. En contraste, la velocidad del flujo en las secciones aguas arriba y abajo del tubo son en promedio factores de ~ 6 y 3.5 veces menores, respectivamente. Estudios de correlacion basados en datos experimentales indican que la caida de presion es de solo 3% o inclusive menos para flujo de gas a traves del estrangulador de la cabeza de un pozo a una velocidad de 0.1c. Esta discrepancia refleja que la ecuacion isotermica de estado no es adecuada para describir flujos realistas de gas.