CFD modeling of Air-Water Two-phase Annular Flow before a 90° elbow

Abstract

In this work, a Computational Fluid Dynamics model is presented for the analysis of annular air-water flow before a 90° bend with a radius to diameter ratio (r/D) of 1.5, implementing the Volume of Fluid (VOF) model in STAR-CCM+ v9.2. An 8m-long vertical tube with an internal diameter of 0.076 m was studied for ten different air and water superficial velocities. The mean void fraction was compared between the experimental measurements, the CFD model, and a model in OLGA. The CFD and OLGA model presented an average relative error of 8.79 % and 17.05 %, respectively. Palabras clave CFD, flujo anular, flujo bifásico, sistema aire-agua. Resumen En este trabajo se presenta un modelo en Dinámica Computacional de Fluidos (CFD) para el análisis de flujo anular bifásico agua-aire antes de un codo de 90°, implementando el modelo de Volumen de Fluido (VOF) en STAR-CCM+ v9.2. Se analizó una tubería de 8 m de largo y un diámetro interno de 0.076 m, evaluando 10 condiciones experimentales de velocidad superficial de aire y agua. La fracción de vacío promedio se comparó para los resultados experimentales contra un modelo en CFD y en OLGA, los cuales presentaron un error relativo medio de 8.79% y 17.05%, respectivamente.