Estudio numérico del comportamiento del flujo en un túnel de cavitación utilizando RANS con el modelo de turbulencia Scale-Adaptive Simulation (SAS) en un entorno OpenFOAM

Abstract

El presente artículo se centra en el estudio del flujo a través de un túnel Venturi de cavitación. Motivados por los resultados obtenidos en los estudios “Simultaneous observation of cavitation structures and cavitation erosion” y “Combined numerical and experimental investigation of the cavitation erosion process” de Dular et al., se generó una malla estructurada basada en trabajos previos utilizando el software libre GMSH. El estudio numérico se realizó empleando las ecuaciones de Navier-Stokes con la aproximación RANS. Para ello, se aplicó el modelo de turbulencia k–ω–SST SAS y el modelo de cavitación Zwart-Gerber-Belamri implementado en OpenFOAM. Los resultados muestran los fenómenos asociados a la fracción de volumen de vapor, donde se aprecia la formación, crecimiento, desprendimiento y colapso de la nube de cavitación. Estos resultados concuerdan con los estudios previamente mencionados. Además, los resultados evidencian la formación de picos de presión correspondientes al desprendimiento y colapso de la nube durante el ciclo de cavitación, lo cual constituye la principal causa de erosión. Se concluye que el modelo predice satisfactoriamente el comportamiento de los fenómenos con un ∆t = 9 × 10⁻⁶ s, siendo adecuado para capturar gradientes adversos de presión.