Flujos turbulentos en estructuras periódicas.
El estudio de flujos en medios porosos resulta de interés tanto en la industria como en la academia debido a que este tipo de flujos aparece en un gran numero de aplicaciones. Se pueden destacar aplicaciones químicas (p.e. reactores catalíticos), ambientales (p.e. flujo a través de vegetación),...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2019
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/822/1/1Sosa.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | El estudio de flujos en medios porosos resulta de interés tanto en la industria como
en la academia debido a que este tipo de flujos aparece en un gran numero de aplicaciones.
Se pueden destacar aplicaciones químicas (p.e. reactores catalíticos), ambientales
(p.e. flujo a través de vegetación), geológicas (p.e. erosión de rocas), mecánicas (p.e.
intercambiadores de calor), nucleares (p.e. reactores de alta temperatura refrigerados
por gas en los cuales combustible y moderador se encuentran dispuestos en arreglos de
esferas apiladas), en la industria del petroleo y del gas (p.e. ingeniería de reservorios,
recuperación asistida de petroleo y producción de gas natural). En las aplicaciones mencionadas
resulta computacionalmente muy costoso, o imposible, resolver los campos de flujo si se consideran las características geométricas de cada poro individualmente. Resulta entonces de interés desarrollar modelos fluidodinámicos para medios porosos que
realicen una descripción macroscópica o estadística del medio.
En este trabajo se realizan contribuciones al modelado macroscópico de medios
porosos utilizando herramientas numéricas que permiten disponer de resultados que
esclarecen aspectos del flujo a través de las estructuras analizadas. Dichos resultados
podrían ser utilizados en el desarrollo de nuevos modelos teóricos para una descripción
del flujo en medios porosos.
Se detallan las características principales de cada una de las herramientas numéricas
utilizadas, los códigos de libre acceso OpenFOAM caracterizado por el uso de modelos
de turbulencia e Incompact-3D que permite obtener flujos tridimensionales basados en
la simulación numérica directa de la ecuación de Navier-Stokes. A su vez, se realiza un
contraste de costos computacionales, grillas necesarias y campos de velocidades obtenidas
en ambos casos. Luego se realizan determinaciones de propiedades macroscópicas
como ser la permeabilidad a partir de la cuantificación de perdidas de carga. También se
cuantifican las perdidas de carga en función del numero de Reynolds para tres porosidades
distintas, adoptando un medio poroso simple representado por barras transversales
de sección cuadrada.
Se presenta un estudio de cantidades turbulentas en estructuras periódicas, donde se
cuantifican magnitudes como la energía cinética turbulenta y la disipación turbulenta
promediadas en el volumen para diversos números de Reynolds. A su vez, se estudia la
energía cinética dispersiva y la disipación dispersiva, cantidades que quedan definidas
como resultantes de una representación basada en el promediado volumétrico en el
elemento representativo de volumen de las variables de interés. Se presentan también
las distribuciones en el medio poroso de los términos correspondientes al balance de
energía cinética turbulenta. |
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