Proyectos
Análisis de las características de flujos turbulentos cargados con partículas dispersas, mediante modelación de doble acoplamiento bajo un enfoque de dinámica de fluidos computacional.
Resumen
El estudio de flujo turbulento cargado con partículas dispersas es muy común en aplicaciones de ingeniería y fenómenos ambientales. Desde el punto de vista ambiental uno de los casos de mayor interés es el estudio de la contaminación del ambiente por la presencia de partículas contaminantes, en donde el principal objetivo, en general, es diseñar estrategias y sistemas que permitan reducir la concenración de partículas contaminantes a niveles aceptables para la salud humana. Desde el punto de vista industrial, aplicaciones que van desde el estudio de polvo en interiores y los problemas de control de escape de partículas contaminantes, sistemas químicos que implican la mezcla reaccionante de partículas, hasta el estudio de gotas de inyección en procesos de combustión. Este tipo de flujo se caracteriza por tener una fase dispersa que se encuentra diluida sobre la otra fase, denominada continua o de transporte. Las partículas pueden ser burbujas, gotas o sólidos. En general, el modelado de la interacción de las partículas y la fase de transporte depende del tipo y número de partículas. Para flujos en los cuales la fracción másica de las partículas es pequeña, el efecto de las partículas sobre la fase de transporte se puede despreciar. Sin embargo, para flujos con fracciones másicas de partículas considerables, se hace necesario tomar en cuenta el efecto de las partículas sobre la fase de transporte e incluso los efectos de interacción entre partículas (Colisiones y rupturas de partículas). Un parámetro que permite decidir acerca del tipo interacción a tomar en cuenta en este tipo de flujos es el número de Stokes, el cual se define como la relación entre el tiempo de respuesta característico del flujo y el tiempo de respuesta de las partículas, por ejemplo valores altos de este número implica despreciar los efectos de las partículas sobre la fase de transporte y así mismo los efectos de interacción entre partículas. El presente proyecto de investigación se enfoca en cuantificar, analizar y comprender los mecanismos mediante los cuales la presencia de partículas sólidas dispersas modifican las características turbulentas de la fase de transporte. Una caracterización de este fenómeno permitirá explorar los fenómenos de transporte, difusión y mezcla que se presentan en flujos turbulentos, con y sin partículas. Se realizarán experimentos numéricos para flujos turbulentos canónicos utilizando una metodología LES, y un modelo de sub grilla para modelar la turbulencia de las escalas más pequeñas. En una primera etapa se modelarán flujos turbulentos canónicos sin la presencia de partículas, y se obtendrán diversas medidas de estadísticas turbulentas. Igualmente, se identificarán estructuras coherentes turbulentas, previamente seleccionadas, y se estudiará su evolución temporal. Los campos obtenidos en esta primera fase serán utilizados como patrones de comparación para la segunda fase del proyecto. En esta segunda etapa se simularán los flujos canónicos de la primera etapa, pero con adición de partículas. Las características de las partículas serán tales que se trabajará con números de Stokes y fracciones volúmetricas que permitan considerar un enfoque de modelación con doble acoplamiento entre la fase dispersa y la fase de transporte, pero que permitan ignorar los efectos de interacción entre partículas. El enfoque de modelado de la fase dispersa será un enfoque Lagrangiano y el de la fase de transporte un enfoque Euleriano. Para la cuantificación y caracterización de la modificación de la turbulencia por parte de las partículas se realizará un análisis de los diversos modelos existentes, se seleccionarán algunos de ellos y se realizarán modificaciones de ser necesario. Finalmente, se realizarán comparaciones de los resultados obtenidos para el flujo sin partículas y el flujo con partículas, y a partir de ellos se analizarán los mecánismos físicos involucrados en el fenómeno de transporte turbulento de partículas dispersas.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA DEL PROGRAMA NACIONAL DE PROYECTOS PARA EL FORTALECIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN, LA CREACIÓN Y LA INNOVACIÓN EN POSGRADOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA 2013-2015
Modalidad:Modalidad 2: Nuevos proyectos de investigación, creación o innovación
Responsable