Tesis:
Flujo Turbulento Cargado con Partículas Sólidas en una Tubería Circular.
- Autor: GRANADOS MIRENA, Andrés Leonell
- Título: Flujo Turbulento Cargado con Partículas Sólidas en una Tubería Circular.
- Fecha: 2003
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA ENERGETICA Y FLUIDOMECANICA
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: CRESPO MARTINEZ, Antonio
- Resumen: Esta tesis contiene el compendio del trabajo realizado en el estudio del flujo turbulento cargado con partículas sólidas en una tubería circular. Este estudio se ha estructurado en tres aspectos a saber: Estudio del flujo turbulento 'per se' sin partículas, el estudio de la influencia de este flujo sobre las partículas de forma unilateral, y el estudio de la respuesta de las partículas sobre el flujo de manera bilateral. En el primer aspecto, se ha escogido un flujo turbulento dentro de una tubería circular, a un número de Reynolds moderado de 5600 para que los requerimientos computacionales sean relativamente bajos. Este flujo, en particular bien estudiado y documentado en las referencias, se ha simulado de nuevo, pero con otros métodos numéricos, de forma de poder validar comparativamente los resultados. El método escogido por su rapidez en la ejecución ha sido el de diferencias finitas de paso fraccionado de tercer orden en el tiempo, semi-implícito de segundo orden en los términos viscosos y explícito de cuarto orden en el término convectivo de tipo "aguas arriba". Las simulaciones se han hecho tanto de forma directa (DNS), como con modelos de grandes escalas (LES), en este último caso con condición de borde en la pared de la tubería del tipo deslizamiento para ajustar bien los resultados. Aunque algunos investigadores opinan que la simulación numérica directa (DNS) debe satisfacer requerimientos más rigurosos, tanto en el método (e.g. métodos espectrales), como en el mallado (e.g. mallado de tamaño varios órdenes más pequeño que la escala de Kolmogorov), en este trabajo se han usado métodos y mallados más modestos, basados en simulaciones de trabajos anteriores y cuyos autores las califican de simulaciones numéricas directas también. Se ha incluido en los análisis los perfiles de la velocidad y vorticidad y las intensidades de sus fluctuaciones, la disipación turbulenta, la asimetría y el aplastamiento de la velocidad, y los espectros de la velocidad y la vorticidad. En el segundo aspecto, se ha analizado la influencia del flujo sobre las partículas de forma unilateral. Es decir, las partículas no afectan el flujo turbulento. Para estudiar este aspecto, se ha supuesto que las concentraciones de partículas son bajas, aunque la simulación numérica ha sido directa. Aunque el número de partículas es bajo, éstas se hacen recircular un número grande de veces en el trozo de tubería simulado, para obtener el ensemble deseado. El flujo turbulento recircula simultáneamente con la imposición de condiciones periódicas en la dirección axial. En la dirección azimutal las condiciones de borde también son periódicas. Con estas simulaciones se ha podido crear un modelo lineal, independiente de la concentración de las partículas, que predice la disminución de la energía cinética turbulenta de las partículas en función de la disipación viscosa producida por las mismas. Se ha comparado los resultados cualitativamente con datos experimentales y numéricos en conductos rectangulares o canales. En el tercer aspecto, se ha simulado de forma numérica directa la totalidad del sistema fluido-partículas y se ha considerado adicionalmente el efecto de las partículas sobre el fluido. Se han comparado estos resultados con resultados experimentales y numéricos para validar la solución. Con estos datos, y mediante simulación numérica a grandes escalas (LES), se ha desarrollado un modelo de viscosidad turbulenta que incluye el efecto de la concentración de las partículas. Las comparaciones del modelo con las simulaciones numéricas directas han sido satisfactorias.