Tesis doctoral de Jorge Arrieta Sanagustin
Los sprays son flujos multifásicos en los que un líquido en forma de gotas constituye la fase dispersa y el gas que rodea a las gotas constituye la fase continua. este tipo de flujos se usa en numerosas aplicaciones industriales relacionadas con la propulsión, industria farmaceútica, industricia alimenticia, etc, donde ciertos proceso requiere el uso de estos flujos. Debido a su importancia se han realizado numerosos estudios teóricos y experimentales para entender los procesos que tienen lugar así como para mejorar el diseño de dispositivos en los que se utilizan sprays. esta tesis se centra en la modelización de sprays. Mediante el uso de técnicas numéricas y analíticas se ha analizado la vaporización y combustión de sprays en configuraciones simplificadas en regimen laminar a n’umeros de reynolds moderadamente altos. Aunque los resultados presentados en esta tesis no son directamente aplicables a flujos turbulentos, algunos de los fen’omenos relevantes que afectan a la estructura del flujo pueden ser de utilidad para abordar estudios m’as complejos. en el capítulo 2 se deriva una formulación general en el límite de burke-schumann de una reacción química infinitamente rápida para números de lewis distintos para las especies. Mediante combinaciones lineales los términos correspondientes a la reacción química se pueden eliminar. De este modo es posible formular un problema para la fase gaseosa en términos de las variables reducidas fracción de mezcla y exceso de entalpía sin términos de reacción química. Las ecuaciones de conservación de la fase gaseosa incluyen los términos fuente asociados a la resistencia aerodinámica y al calentamiento de la gota, así como la velocidad de vaporización de la gota. Esta formulación se puede utilizar para realizar simulaciones numéricas directas de combustión de sprays y pueden servir como punto de partida para el modelado de flujos turbulentos. en el siguiente capítulo se aborda el estudio de la vaporización de un spray que descarga a una atmósfera caliente que puede estar en movimiento o en reposo. La descarga del spray ocurre a números de reynolds moderadamente altos. De este modo la aproximación de capa límite se puede usar para describir el flujo resultante. Además el spray y la fase gaseosa que lo rodea están en equilibrio saturado. Esto simplifica la descripción de la fase líquida pues de este modo no hay que tener en cuenta la fase de calentamiento del spray. El análisis de órdenes de magnitud de los diferentes términos de las ecuaciones de conservación permite obtener los dos par’ametros que controlan la vaporización del spray. El primero de ellos, la dilución, que representa la masa de líquido inyectado por unidad de masa de gas. el otro parámetro que controla el proceso de vaporización es el inverso del parámetro de combustión en grupo. Para valores pequeños de dicho parámetro aparece un frente de vaporización de espesor pequeño comparado con el radio del inyector que separa la región interior donde el spray sigue en equilibrio saturado de una región exterior donde no hay gotas. en este caso el flujo viene descrito por un problema parabólico de frontera libre en el que la posición del frente de vaporización, se obtiene como parte de la solución. finalmente se derivan expresiones explícitas de la distancia de vaporización para valores extremos de la dilución en dicho límite. en el capítulo 4 se aplica la formulación obtenida en el capítulo 2 al estudio de la combustión y vaporización del spray formado por un atomizador con giro. éstos y otros fenómenos complejos tales como el efecto de la región de recirculación de los productos y el giro de las corrientes exteriores no se tienen en cuenta. De este modo el estudio se centra en una capa relativamente delgada donde tiene lugar la combustión y vaporización del spray. Puesto que el número de reynolds es moderadamente alto se hace uso de la aproximación de capa líimite para describir el flujo. el parámetro que más afecta a la estructura del flujo es la dilución junto con la longitud de atomizaci’on.
Datos académicos de la tesis doctoral «Formulation and analyses of vaporization and diffusion-controlled combustion of fuel sprays«
- Título de la tesis: Formulation and analyses of vaporization and diffusion-controlled combustion of fuel sprays
- Autor: Jorge Arrieta Sanagustin
- Universidad: Carlos III de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 16/12/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Antonio Luis Sánchez Pérez
- Tribunal
- Presidente del tribunal: forman arthur Williams
- José Luis Ferrín (vocal)
- Francisco Higuera anton (vocal)
- norman Riley (vocal)