Tesis:
Theoretical model for droplet deformation and trajectory in continously accelerating flows
- Autor: SOR MENDI, Suthyvann
- Título: Theoretical model for droplet deformation and trajectory in continously accelerating flows
- Fecha: 2017
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S.I. AERONÁUTICA Y DEL ESPACIO
- Departamentos: MECANICA DE FLUIDOS Y PROPULSIÓN AEROESPACIAL
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/45721/
- Director/a 1º: VELÁZQUEZ LÓPEZ, Ángel Gerardo
- Resumen: El principal objetivo de la tesis es proponer un modelo de trayectoria y deformación de gotas inmersas en un campo fluido continuamente acelerado. Asumiendo que la trayectoria de la gota viene definida por dos ecuaciones dinámicas que representan el equilibrio de fuerzas en dirección horizontal y en dirección vertical, y una tercera ecuación que modela la deformación de la gota, se ha considerado especialmente tres aspectos: el modelo del coeficiente de resistencia en un flujo no estacionario, el modelo de deformación de la gota inmersa en un campo fluido continuamente acelerado y el modelo de acoplamiento entre el coeficiente de resistencia y la deformación de la gota. Para la validación experimental de este modelo se han realizado ensayos en la instalación del brazo rotatorio de INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial Esteban Terradas). Los ensayos consistían en tomar imágenes de video de alta velocidad, mediante la técnica de imágenes de sombras, de gotas de agua en las inmediaciones del borde de ataque de un perfil en movimiento. Se han realizado ensayos con diámetros de gotas de agua comprendidas entre 300micras y 1300micras, cinco velocidades de modelo (50, 60, 70, 80 y 90m/s) y tres tamaños de modelo. También se ha caracterizado los campos fluidos alrededor del borde de ataque de los tres modelos perfil mediante PIV (Particle Image Velocimetry). Debido a la gran cantidad de imágenes obtenidas en los ensayos, para el procesado de estas, se ha desarrollado un software en Matlab que permite obtener la trayectoria, la deformación de la gota y la evolución instantánea de distintos parámetros. La validación del modelo de trayectoria se ha realizado en las inmediaciones de la línea de remanso del perfil en el que el flujo es continuamente acelerado, observándose una gran concordancia entre el modelo propuesto y los datos experimentales. Por último se ha realizado un estudio sobre la posible aplicación de este modelo en el lomo del perfil, donde la velocidad del campo fluido varia no solo en modulo sino también en dirección, observándose mayores discrepancias debido principalmente a la interferencia entre gotas. ABSTRACT The main objective of the thesis is to propose a model of trajectory and deformation of droplets immersed in a fluid field continuously accelerated. Assuming that the trajectory of the drop is defined by two dynamic equations that represent the balance of forces in the horizontal direction and in the vertical direction, and a third equation that models the deformation of the drop, three aspects have been considered: the drag coefficient model in a unsteady flow, the drop deformation model immersed in a continuously accelerated the drop. For the experimental validation of this model, tests have been carried out on the installation of the rotating arm of INTA (National Institute of Aerospace Engineering Esteban Terradas). The tests consisted of taking high-speed video images, using the shadow imaging technique, of water droplets in the vicinity of the leading edge of a moving airfoil. Tests with water droplet diameters ranging from 300 microns to 1300 microns, five model speeds (50, 60, 70, 80 and 90m / s) and three model sizes have been performed. Fluid fields around the leading edge of the three airfoil models have also been characterized by PIV (Particle Image Velocimetry). Due to the large number of images obtained in the tests, a Matlab software has been developed for the processing of these, allowing the trajectory, the deformation of the droplet and the instantaneous evolution of different parameters to be obtained. The validation of the trajectory model was carried out in the vicinity of the stagnation line of the airfoil in which the flow is continuously accelerated, observing a great agreement between the proposed model and the experimental data. Finally, a study has been carried out on the possible application of this model in the shoulder of the profile, where the velocity of the fluid field varies not only in modulus but also in direction, being observed greater discrepancies mainly due to the interference between drops.