Tesis:
Simulación numérica de flujos termocapilares en recipientes poco profundos
- Autor: RIVAS RIVAS, Damián
- Título: Simulación numérica de flujos termocapilares en recipientes poco profundos
- Fecha: 1989
- Materia: MECÁNICA DE FLUIDOS. Teseo
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AERONAUTICOS
- Departamentos: SIN DEPARTAMENTO DEFINIDO
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: MESEGUER RUIZ, José
- Resumen: En esta Tesis se analizan los flujos termocapilares, bidimensionales y estacionarios, de fluidos con bajo número de Prandtl, situados en recipientes rectangulares poco profundos bajo la configuración de flujo de calor impuesto. El estudio de estos flujos recirculatorios se ha llevado a cabo numéricamente y se han obtenido soluciones para números de Reynolds de hasta diez elevado a cuatro. El considerar bajos números de Prandtl permite desacoplar el campo térmico del campo fluido, simplificación cuya validez se ha justificado mediante un análisis de órdenes de magnitud, habiéndose encontrado que los efectos convectivos son despreciables en el rango de números de Reynolds analizado. Para resolver el problema se han considerado las ecuaciones completas de Navier-Stokes en variables primitivas (presión y velocidad). La discretización se ha hecho mediante el método de volúmenes finitos usando mallas desplazadas y el sistema de ecuaciones discretizadas se ha resuelto usando el método de corrección de presión y, en particular, la aproximación SIMPLEC. El esquema que se ha utilizado es un esquema de diferenciación central en combinación con una malla no uniforme. El tamaño apropiado de la malla se ha elegido a partir del análisis de órdenes de magnitud del problema, de esta forma el tratamiento numérico de las capas límites se ha realizado con una precisión adecuada. Este esquema resulta apropiado para la simulación numérica de flujos recirculatorios a altos números de Reynolds. Con objeto de establecer la fiabilidad de los resultados se ha realizado un análisis exhaustivo tanto de la solución como del método de cálculo. En este sentido, se ha analizado la consistencia del código, la independencia de la solución del número de volúmenes de control considerado, la convergencia de los resultados (mediante el estudio de las curvas de errores y de convergencia) y, desde otro punto de vista, se ha analizado también la solución en el contexto de otras teorías como son el modelo de Batchelor y el método de análisis de órdenes de magnitud de Ostrach. Los resultados obtenidos muestran dos regímenes claramente diferenciados: régimen viscoso para números de Reynolds menores que 200 y régimen inercial para valores mayores. Las soluciones a altos números de Reynolds ponen de manifiesto la existencia de una capa límite a lo largo de la superficie libre. Los valores máximos de la velocidad, en cada caso considerado, permiten verificar el análisis de órdenes de magnitud hecho por Ostrach, y comprobar su predicción de flujo superficial de capa límite. Para números de Reynolds mayores que 1000 la solución presenta un núcleo recirculatorio cuyo tamaño es prácticamente independiente del número de Reynolds. Mediante el análisis del campo de presión total se deduce que se trata de un núcleo aproximadamente no viscoso y, mediante el análisis del campo de vorticidad, que es núcleo de vorticidad aproximadamente constante. Estos resultados responden al modelo de Batchelor para flujos laminares estacionarios con líneas de corriente cerradas a altos números de Reynolds