Estudio CFD de pérdida de carga en válvula de Tesla T45-R

• Autores: Cardona, Chiara S.; Hazzi, Fiorella; Pairetti, César Ignacio; Venier, César Martín
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2022;especial(33):26-30
• Materia: VALVULA DE TESLA; MICROFLUIDICA; OPENFOAM; PERDIDA DE CARGA; DIODICIDAD; TESLA VALVE; MICROFLUIDICS; OPENFOAM; HEAD LOSS; DIODICITY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La válvula de Tesla es una válvula anti-retorno sin partes móviles, cuya operación depende fuertemente de la velocidadde flujo. Este conducto desarrolla pérdidas de carga asimétricas debido a su diseño geométrico, comportándose como un diodo hidráulico con cierto grado de eficiencia. En el sentido de flujo directo, la pérdida de carga es relativamente baja, mientras que en sentido inverso la resistencia hidráulica es mayor. En el presente trabajo, desarrollamos un modelo numérico, basado en Fluidodinámica Computacional (CFD), para estudiar la válvula de Tesla normalizada T45-R. Simulamos el flujo incompresible y laminar en este dispositivo. En primera instancia, analizamos la precisión del modelo mediante un análisis de convergencia en malla. Posteriormente comparamos la predicción numérica de pérdida decarga con datos experimentales para bajos números de Reynolds, obteniendo un buen acuerdo. Observamos diferencias menores al 15 % para sentido directo y por debajo del 6 % para el sentido inverso. La predicción de diodicidad del CFD difiere del dato experimental por debajo del 5 %. Los resultados obtenidos del coeficiente de pérdida K discrepan de los datos experimentales en menos del 14 %. Asimismo, comparamos los resultados CFD con modelos a parámetros concentrados disponibles en la bibliografía, observando un buen acuerdo para un rango de número de Reynolds más amplio que el analizado experimentalmente. Como resultado de este estudio contamos con una herramienta numérica para el diseño de este tipo de dispositivos, particularmente aplicados en el ámbito de la microfluídica, habiendo verificado su precisión en este rango de operación
The Tesla valve is a check valve without moving parts. Its operation depends strongly on the flow rate. This conduit develops asymmetric head losses due to its geometric design, behaving like a hydraulic diode with a certain degree of efficiency. In the direct flow direction, the pressure drop is relatively low, while in the reverse direction the hydraulic resistance is higher. In the present work, we develop a numerical model , based on Computational Fluid Dynamics(CFD), to study the normalized Tesla valve T45-R. We simulate the incompressible laminar flow in this device. First,we analyze the precision of the model with a mesh convergence analysis. Subsequently, we compared the numerical prediction of head loss with experimental data for low Reynolds numbers, obtaining good agreement. We observe differences of less than 15 % for the forward direction and less than 6 % for the reverse direction. The diodicity prediction of the CFD differs from the experimental data below 5 %. The results obtained from the loss coefficient K differ from the experimental data by less than 14 %. Afterwards, we compared the CFD results with 0D models, available in the literature, observing a good agreement for a wider Reynolds number range. As a result of this study, we have a numerical design tool for this type of device, particularly applied in the field of microfluidics, having verified its precision in awide operating range
Fil: Cardona, Chiara S.. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina
Fil: Hazzi, Fiorella. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina
Fil: Pairetti, César Ignacio. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina
Fil: Venier, César Martín. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina