Optimización y validación experimental de diseño de separador supersónico con vórtice de inyección angular para...

Área de la Ciencia:

• Dinámica de fluidos; Termodinámica; Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• Los separadores supersónicos (SS) ofrecen una deshidratación de gas compacta y energéticamente eficiente, pero sus mecanismos son poco comprendidos.; Las complejas interacciones entre el flujo supersónico, el cambio de fase y las fuerzas centrífugas dificultan la optimización.

Objetivo del estudio:

• Optimizar sistemáticamente la geometría del SS y la configuración del vórtice utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD).; Mejorar tanto el rendimiento de enfriamiento (CP) como la eficiencia de recolección (CE) para una separación de humedad eficaz.

Principales métodos:

• Se utilizaron simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) para la optimización estructural de la geometría de la pared de la boquilla y el diseño del vórtice.; La optimización implicó el refinamiento del perfil de la pared, la evaluación de la longitud convergente/divergente y el diseño del difusor.; Las pruebas de prototipos a escala de laboratorio validaron las predicciones de CFD en diversas condiciones de humedad.

Principales resultados:

• El perfil convergente Witoszynski optimizado con una longitud convergente de 200 mm y un difusor lineal logró un rendimiento de enfriamiento superior (CP < 214 K).; Un diseño de vórtice de inyección angular mejoró significativamente la eficiencia de recolección (CE) al 83%, superando a los vórtices de álabes (79%).; Los resultados experimentales coincidieron estrechamente con las predicciones de CFD, validando el diseño optimizado.

Conclusiones:

• La geometría optimizada del SS combinada con un vórtice pasivo de inyección angular permite una condensación y separación de humedad eficientes.; El modelo validado demuestra la aplicabilidad práctica para soluciones industriales de deshidratación de gas.