Tesis doctoral de Santiago Arias Calderon
Las prometedoras aplicaciones tecnológicas de los fluidos bifásicos en el espacio han dado lugar a un creciente interés por parte del sector espacial, originando una fuerte demanda de conocimiento de los mismos. Desde pasadas décadas se han llevado a cabo grandes esfuerzos para estudiar el comportamiento de los fluidos bifásicos en ambientes con bajos niveles de gravedad, comportamiento que se espera sea diferente al observado en condiciones donde la física de los fluidos viene determinada por las fuerzas gravitacionales. Sin embargo, mucha de la fenomenología asociada a estos fluidos permanece explicada de forma insatisfactoria. Consecuentemente, el desarrollo de cualquier nueva tecnología que involucre a los fluidos bifásicos implica necesariamente el mejor conocimiento de los mismos. en este manuscrito se plantean cuestiones relacionadas con la generación y el comportamiento de fluidos formados por gas y líquido en condiciones pertinentes de microgravedad. En concreto, este manuscrito se centra en el análisis de la mezcla de aire y agua formada en un capilar (1 mm de diámetro interno) con forma de t. Para este fin, ha sido diseñado un dispositivo experimental capaz de controlar de forma precisa tanto los flujos de gas como de líquido requeridos para hacer la mezcla deseada. Se ha llevado a cabo en tierra una caracterización cuantitativa de la t, cuya operación se ha mostrado insensible al cambio del nivel de gravedad. Su principal característica es la generación de burbujas de una manera controlada, es decir, con gran regularidad en la frecuencia de generación y con pequeña dispersión en el tamaño de las burbujas obtenidas. Dos regímenes diferentes han sido observados en la operación de la t y la región de transición entre ellos ha sido identificada. los patrones conocidos como flujos del tipo bubble, slug, churn y annular fueron observados durante la realización de los experimentos y, un mapa de patrones de flujos ha sido dibujado. Se presenta un estudio experimental de la transición bubble-slug en condiciones de microgravedad. Adicionalmente, se plantean cuestiones relativas a la existencia de una fracción de vacío crítica para que dicha transición ocurra. la caracterización de los flujos bifásicos se ha realizado mediante la medida de la frecuencia de generación de burbujas así como de las longitudes de las burbujas y de la parte líquida que separa dos burbujas consecutivas. Se espera que la dinámica de las burbujas también varíe en ausencia de gravedad, y en consecuencia se ha estudió la velocidad de las burbujas. La fracción media de vacío aparece como uno de los parámetros más relevantes de nuestro estudio, permitiendo predecir la frecuencia de generación, la velocidad de las burbujas y las longitudes de las mismas. Se proponen curvas obtenidas empíricamente para explicar el comportamiento de la frecuencia de generación, la velocidad de las burbujas y las longitudes. La dependencia de la frecuencia con el número adimensional de strouhal ha sido analizada. finalmente, se presenta en este manuscrito un análisis numérico de la formación de burbujas en una t bidimensional. Las simulaciones numéricas se hicieron con el código jadim, explorando diferentes valores de flujos. Se obtuvieron resultados concernientes a la frecuencia de generación, la velocidad de las burbujas, la fracción de vacío y las longitudes características. Dichos resultados numéricos son convenientemente comparados con los resultados experimentales mostrados en este trabajo.
Datos académicos de la tesis doctoral «An analysis of two-phase flows in conditions relevant to microgravity«
- Título de la tesis: An analysis of two-phase flows in conditions relevant to microgravity
- Autor: Santiago Arias Calderon
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 23/09/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Ricard Gonzalez Cinca
- Tribunal
- Presidente del tribunal: jaume Casademunt viader
- valentina Shevtsova shevtsova (vocal)
- catherine Colin colin (vocal)
- véronique Roig roig (vocal)