Análisis experimental del comportamiento del flujo de fluidos en perfiles aerodinámicos mediante un dispositivo de HELE-SHAW
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Ingeniería Civil y Mecánica. Carrera Ingeniería Mecánica
Abstract
This experimental project analyzes the behavior of fluid flow around aerodynamic profiles using a Hele-Shaw apparatus, with the goal of obtaining qualitative visualizations and validating them through numerical simulation. The methodology focused on the design and construction of a Hele-Shaw cell with a 2 mm separation to ensure a laminar flow regime (Re < 1). The NACA 0024 (symmetric), 2412 (medium camber), and 6142 (high camber) airfoils were evaluated at angles of attack of 0°, 15°, and 30°. Flow visualization was achieved by injecting methylene blue dye, and the results were compared with Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations performed in ANSYS Fluent. The experimental results allowed for the clear visualization of key phenomena such as streamlines, stagnation points, and flow separation. However, significant discrepancies were found between the experimental results and the idealized CFD models, particularly regarding the stability of flow structures and the diffusion of the tracer. It was determined that these deviations were primarily caused by constructive limitations of the artisanal prototype, such as micro-imperfections in the parallelism of the plates and flow rate instabilities, which introduced three-dimensional effects not considered in the 2D simulations. The study concludes that the Hele-Shaw apparatus is a valuable pedagogical tool for qualitative analysis but requires extreme manufacturing precision for quantitative validation. The research highlights the critical importance of controlling experimental variables and provides a robust diagnosis of the challenges inherent in bridging the gap between theoretical models and real-world physical implementations.
Description
El presente proyecto experimental analiza el comportamiento del flujo de fluidos en perfiles aerodinámicos utilizando un dispositivo de Hele-Shaw, con el objetivo de obtener visualizaciones cualitativas y validarlas mediante simulación numérica. La metodología se centró en el diseño y construcción de una celda de Hele-Shaw con una separación de 2 mm para asegurar un régimen de flujo laminar (Re < 1). Se evaluaron los perfiles NACA 0024 (simétrico), 2412 (curvatura media) y 6142 (alta curvatura) bajo ángulos de ataque de 0°, 15° y 30°. La visualización del flujo se logró mediante la inyección de colorante alimentario, y los resultados se compararon con simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) realizadas en ANSYS Fluent. Los resultados experimentales permitieron visualizar con claridad fenómenos clave como las líneas de corriente, los puntos de estancamiento y la separación del flujo. Sin embargo, se encontraron discrepancias significativas entre los resultados experimentales y los modelos CFD idealizados, particularmente en cuanto a la estabilidad de las estructuras de flujo y la difusión del trazador. Se determinó que estas desviaciones fueron causadas principalmente por limitaciones constructivas del prototipo artesanal, como micro-imperfecciones en el paralelismo de las placas e inestabilidades en el caudal, que introdujeron efectos tridimensionales no considerados en las simulaciones 2D. El estudio concluye que el dispositivo Hele-Shaw es una valiosa herramienta pedagógica para el análisis cualitativo, pero requiere una precisión de fabricación extrema para la validación cuantitativa. La investigación resalta la importancia crítica de controlar las variables experimentales y proporciona un diagnóstico robusto de los desafíos inherentes a cerrar la brecha entre los modelos teóricos y las implementaciones físicas reales.
Keywords
HELE-SHAW, PERFILES AERODINÁMICOS, VISUALIZACIÓN DEL FLUJO, SIMULACIÓN CFD, SEPARACIÓN LAMINAR