Diseño de un túnel de viento abierto para el laboratorio de hidráulicas de la Universidad Libre mediante simulación de CFD

Abstract

Los túneles de viento de circuito abierto son equipos que se emplean para analizar el flujo alrededor de prototipos o modelos a escala. El flujo en este tipo de túneles de viento es generalmente subsónico e incompresible. El diseño de los túneles de viento de circuito abierto está constituido por cinco secciones principalmente, geometría estabilizadora de flujo colocada a la entrada del túnel, cono convergente para acelerar el flujo de aire, sección o zona de pruebas, cono divergente y sección de salida en donde se encuentra colocado el ventilador para mover el flujo de aire a través del túnel. Este proyecto se genera como una necesidad de que la Facultad de Ingeniería de la Universidad Libre en Bogotá, Colombia cuente con un equipo de laboratorio como complemento de los cursos teóricos de ingeniería y para apoyar grupos de investigación. El diseño del túnel de viento se basó en guías de diseño existentes en la literatura y el análisis de diseño se realizó empleando simulaciones numéricas de dinámica de fluidos. Para el tamaño del túnel de viento lo que se realizó una investigación de los modelos existentes, tomando como parámetro de partida el área disponible en el laboratorio de Hidráulica de la facultad de Ingeniería de la Universidad Libre. Para el desarrollo del diseño se seleccionaron de tres velocidades de un ventilador axial, tres longitudes para la sección de pruebas. El área transversal de la sección de pruebas fue de 0.2025 𝑚2. La región de entrada se diseñó sin estructura estabilizadora y con una estructura tipo panal con dos diferentes espesores de la estructura tipo panal. El diseño del túnel de viento se realizó con el apoyo del programa comercial de dinámica computacional de fluidos, ANSYS-FLUENT; con el cual se obtuvo un diseño funcional que satisface las características generales para la implementación del este túnel de viento para uso académico en la Faculta de Ingeniería de la Universidad Libre. Este diseño, además de ser funcional es un diseño económico comparado con los túneles de viento de empresas dedicadas a al diseño de este tipo de equipos, con esto se puede decir que la construcción y puesta a punto este túnel de viento es viable de acuerdo con las condiciones de operación propuestas.

Open-circuit wind tunnels are equipment used to analyze the flow around prototypes or scale models. The flow in this type of wind tunnel is generally subsonic and incompressible. The design of open circuit wind tunnels are mainly constituted by five sections, stabilizing flow geometry placed at the entrance of the tunnel, converging cone to accelerate the air flow, section or test area, diverging cone and outlet section in where the fan is located to move the air flow through the tunnel. This project is generated as a need for the Faculty of Engineering of Universidad Libre in Bogotá, Colombia to have laboratory equipment as a complement to the theoretical engineering courses and to support research groups. The design of the wind tunnel was based on existing design guidelines in literature and the design analysis was carried out using numerical simulations of fluid dynamics. For the size of the wind tunnel, an investigation of the existing models was carried out, taking as a starting parameter the area available in the Hydraulic laboratory of the Faculty of Engineering of the Universidad Libre. For the development of the design, three speeds of an axial fan were selected, three lengths for the test section. The cross-sectional area of the test section was 0.2025 m2. The entry region was designed without stabilizing structure and with a honeycomb structure with two different thicknesses of the honeycomb geometry. The design of the wind tunnel was carried out with the support of a commercial program for computational fluid dynamics, ANSYS-FLUENT; with which a functional design was obtained that satisfies the general characteristics for the implementation of this wind tunnel for academic use in the Faculty of Engineering of the Universidad Libre. This design, in addition to being functional, is an economical design compared to the wind tunnels of companies dedicated to the design of this type of equipment, with this it can be said that the construction and tuning of this wind tunnel is feasible according to the proposed operating conditions.