Transient discharge of a pressurised incompressible fluid through a pipe and analytical solution for unsteady turbulent pipe flow

Resumen

Se estudia la dinámica del proceso de descarga súbita de un líquido presurizado a la atmósfera, de amplio interés en Ingeniería de protección contra incendios. Se presenta el estado del arte en la literatura que trata dicho proceso de descarga. Se elabora un modelo hidráulico unidimensional para ese flujo, que adopta la forma de unas ecuaciones intregro-diferenciales ordinarias que se resuelven numéricamente. Se efectúa un análisis de sensibilidad respecto a todos los parámetros de los que depende el modelo, con especial hincapié en la fricción generada por la turbulencia. Se analizan los métodos genéricos de descripción de la turbulencia, incluyendo la representación estadística, el filtrado de magnitudes turbulentas y la plena descripción analítica. Se desarrolla una solución analítica general para el flujo turbulento, incompresible y no estacionario en un tubo. Se elabora un modelo computacional tridimensional para el flujo descrito. La modelización de la turbulencia resulta ser el punto más importante y conflictivo de dicho modelo. Se comparan los resultados obtenidos con los predichos por el modelo hidráulico unidimensional desarrollado previamente. Se presentan resultados respecto a la estructura interna de la turbulencia en flujos fuertemente acelerados, previéndose un aumento notable de dicha turbulencia en las proximidades de la pared, que no se explica únicamente por el número de Reynolds.