Geometry and head loss in Venturi injectors through Computational Fluid Dynamics

Abstract

[EN] To determine the influence of geometry on the hydrodynamic behavior of Venturi injectors, using computational fluid dynamics techniques, we studied, at the Universitat Politècnica de València, Valencia, Spain, the geometric parameters that exert the most influence on head losses: the relationship between throat diameter and nozzle (β), nozzle angle (α1) and diffuser angle (α2). In addition, three throat morphologies (B1: nozzle-throat and throat-diffuser with a sharp edge; B2: nozzle-diffuser with a zero-length, sharp-edge throat; B3: nozzle-throat and throat-diffuser with rounded edge). We analyzed their influence on the velocity distribution and differential pressure between inlet and throat (DP/γ), throat and outlet (Δhv/γ), and outlet and throat ((P3-P2)/γ). The development of the velocity profile from the throat is slower the greater β is and the lower α2 is. DP/γ decreases with β, increases with α1 and varies little with α2. Δhv/γ decreases with β and increases with α1 and α2. (P3-P2)/γ decreases with β and increases with α1 and α2. Geometry B3 decreases the losses and delays the onset of cavitation. Thus, the lower β and the higher α2, the greater the losses; however, the influence of α1 is less clear. The rounded edges produce lower head losses.

[ES] Estudio de la influencia de la geometría en el comportamiento hidrodinámico de inyectores Venturi mediante técnicas de dinámica de fluidos computacional. Para determinar la influencia de la geometría en el comportamiento hidrodinámico de inyectores Venturi, mediante técnicas de dinámica de fluidos computacional, se estudió, en la Universitat Politècnica de València, Valencia, España, los parámetros geométricos que más influencian las pérdidas de carga: relación entre diámetro de la garganta y tobera (β), ángulo de la tobera (α1) y ángulo del difusor (α2). Además, tres morfologías de la garganta (B1: tobera-garganta y garganta-difusor en arista viva; B2: tobera-difusor con garganta de longitud nula y en arista viva; B3: tobera-garganta y garganta-difusor en arista redondeadas). Se ha analizado su influencia en la distribución de velocidad y en la presión diferencial entre entrada y garganta (DP/γ), garganta y salida (∆hv/γ), y salida y garganta ((P3-P2)/γ). El desarrollo del perfil de velocidades a partir de la garganta es más lento cuanto mayor es β y menor es α2. DP/γ disminuye con β, aumenta con α1 y es poco variable con α2. ∆hv/γ disminuye con β y aumenta con α1 y α2. (P3-P2)/γ disminuye con β y α1, yaumenta con y α2. La geometría B3 disminuye las pérdidas y retarda la aparición de la cavitación. Así, cuanto menor es β y cuanto mayor es α2, mayores son las pérdidas de carga, sin embargo, la influencia de α1 no es tan clara. Las aristas redondeadas producen menores perdidas de carga