Dissertations / Theses on the topic 'Dinámica de fluidos computacional'

Ingeniero Civil Mecánico
Para lograr el transporte de relaves en la minería del cobre a través de la accidentada geografía del norte de Chile, en algunos casos se opta por utilizar una configuración de canaletas y cajones disipadores. El propósito de los cajones es amortiguar caídas bruscas de elevación y cambiar la dirección del flujo. Estos sistemas de transporte en canaletas y cajones disipadores han sido estudiados en las últimas décadas obteniendo una metodología de diseño medianamente probada, que es el resultado de la experiencia adquirida en proyectos desarrollados en Chile. Sin embargo, la mayoría de estos estudios y los datos obtenidos son de carácter privado y no son del todo generalizables, dependiendo cada caso de las condiciones de operación y las características del relave a transportar. Se cuenta con datos de un cajón que presentó fallas en el pasado debido al desgaste acelerado provocado por un mal diseño. El desgaste es un tema fundamental a la hora de diseñar estos sistemas, debido a las características abrasivas del relave. Se quiere estudiar más en profundidad la fluidodinámica detrás del funcionamiento de este tipo de cajones, y en este contexto, una metodología que viene siendo desarrollada con gran fuerza en el último tiempo es la simulación computacional, la cual será aplicada en este trabajo. El objetivo del presente trabajo de título es analizar, mediante la simulación fluidodinámica computacional, el flujo de relaves de minería en un cajón disipador de canaleta, y su relación con el desgaste en las paredes. Para esto, se utilizará el software comercial CFX 14.0, parte de la suite ANSYS. Se generará un modelo 3D del cajón a estudiar, se realizará un análisis de sensibilidad de mallado y se simulará para cuatro caudales de operación distintos. Se analizarán los datos obtenidos, poniendo énfasis en variables de interés como la trayectoria del chorro, el campo de velocidades del relave y los esfuerzos de corte y presiones, tanto en el fondo como en las paredes del cajón. Se espera encontrar condiciones propicias para la aparición de desgaste acelerado, como altas velocidades y concentración de esfuerzos de corte cerca de la zona de desgaste observada en la realidad. Además, se propondrán modificaciones al diseño de acuerdo a los resultados y se simulará para las mismas cuatro condiciones de caudal que el caso base. Finalmente, se concluirá respecto de la fluidodinámica detrás de la disipación del chorro dentro del cajón estudiado y su vinculación con el desgaste observado, y de la efectividad de las modificaciones propuestas para este caso.

El diseño de estructuras costeras se fundamenta tradicionalmente en dos pilares: formulaciones semiempíricas y modelado físico a escala reducida. El modelado numérico, introducido recientemente en este campo, puede ayudar en el proceso de diseño, como una herramienta avanzada complementaria a las técnicas nombradas. En esta tesis se presenta IHFOAM, un modelo numérico tridimensional nuevo para la simulación de procesos de transformación del oleaje y de interacción con las estructuras. Para ello se detalla el proceso de desarrollo de todos los elementos que permiten la aplicación en este campo. Las características distintivas de este modelo son: generación y absorción activas del oleaje funcionando en los contornos, flujo en el interior de medios porosos y mallado dinámico. Asimismo, se pone especial énfasis en la validación del modelo para un gran número de procesos físicos relevantes, así como en el desarrollo de una metodología híbrida que permita su aplicación en el proceso de diseño. Finalmente, se demuestran las capacidades del modelo con una simulación de una estructura real a escala de prototipo: el dique exterior del Puerto de Laredo (Cantabria).
The design of coastal structures has been traditionally addressed by means of semiempirical formulations and small-scale physical modelling. Numerical modelling has been recently introduced in this field and can assist in the design process as an advanced tool, complementary to the mentioned techniques. In this thesis, IHFOAM is presented as a new three-dimensional numerical model to simulate wave transformation and wave-structure interaction processes. In order to do so, the full development details for the modules that enable the simulation of these applications are given. The distinctive features of the model are: wave generation and active wave absorption at the boundaries, flow inside porous media and dynamic meshing. Moreover, especial emphasis is given to the validation process, involving a large number of physical processes and, furthermore, in developing a hybrid methodology to design real structures with the model. Finally, IHFOAM capabilities are demonstrated with a simulation of a real structure at prototype scale: the exterior breakwater at the Port of Laredo (Spain).

The mixing processes are present in the hydraulics engineering field as well as in the environmental field, and they appear in many different situations that are of great interest for humankind. The mechanisms that rule these processes can be very diverse and complex, these being able to interact with each other. However, when a fluid has a turbulent behavior, it is highly unstable and three-dimensional, modifying greatly the other mixing processes. In these cases, the resolution for the fluid mechanics with classical methods can be extremely difficult, making the use of approximations and models necessary. On the other hand, in the last few years, numerical simulation techniques have advanced a lot, and with the velocity increase and the computational capacity, Computational Fluids Dynamics (CFD) allows the development of simulations of these complex processes. This doctoral thesis is motivated by the importance of analyzing the physics of the turbulent flow by numerical methods in different mixing processes of interest in the field of hydraulics engineering and the environmental fluid mechanics. It is intended to illustrate the utility and potentiality of the CFD through the application and analysis in four specific steps, grouped together in two groups of mixing processes: the ones influenced by a turbulent jet in a water tank, and the ones influenced by the turbulent structures due to the curved geometry of the meander channels. The four studied cases are: i) mixing processes in drinking water storage tanks, ii) inlet influence in the thermal stratification in hot water storage tanks, iii) turbulent flow and mixing in a meandering channel, and iv) turbulent flow and mixing in compound meandering channels. The developed work is focused in a practical context. To that effect, test simulations on each studied case have been developed. The experimental data is useful for validating the models and, overall, to thoroughly study the problem. Two CFD techniques are used to solve the Navier-Stokes equations, together with turbulence models, dispersion and/or heat transference, depending on the case. For the jet mixing cases, the chosen technique was the URANS (Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes). In the meander cases the LES (Large Eddy Simulation) technique was required. The first work shows a procedure for the study of the fluid dynamic in the mixing processes in potable water tanks. The procedure can be applied in the design and improvement of these elements by using the URANS technique together with experimental methods. In the second case, the URANS simulations in the hot water tank could determine the distribution of the temperature in the whole computational domain. Besides, the model, validated with a high level of adjustment, was developed for the study of the influence of some inlet configurations and to improve the degree of stratification. With respect to the third study, the suitability of the LES technique has been proved in the thorough study of the flow and the turbulence in meanders, even by using relatively coarse grids. The great influence of the secondary flows (due to the curved shape of the channel) on the mixing process has been clarified. Finally, the LES technique was very effective upon adding information about the flow and the turbulence in meanders with different flooding levels. A very good consistency with the experimental data was obtained, despite the use of relatively coarse grids. The mixing process between the flooding flow and the meander has been observed with more clarity.
Los procesos de mezcla están presentes tanto en el campo de la ingeniería hidráulica como en el del medio ambiente y aparecen en infinidad de situaciones que son de gran interés para el ser humano. Los mecanismos que gobiernan estos procesos pueden ser muy diversos y complejos, pudiendo interaccionar entre sí. Sin embargo, cuando un fluido tiene un comportamiento turbulento, éste es altamente inestable y tridimensional, modificando en gran medida los otros mecanismos de mezcla. En estos casos, la resolución con métodos clásicos de la mecánica de fluidos puede llegar a ser extremadamente difícil, siendo necesario utilizar aproximaciones o modelos. Por otro lado, en los últimos años, se ha avanzado mucho en las técnicas de simulación numérica, y junto con el aumento de la velocidad y capacidad computacional, la Dinámica de Fluidos Computacional (en inglés Computational Fluid Dynamics, CFD) permite desarrollar simulaciones de estos complejos procesos. Esta Tesis Doctoral está motivada por la importancia de analizar mediante métodos numéricos la física del flujo turbulento en diferentes procesos de mezcla de interés en el campo de la ingeniería hidráulica y la mecánica de fluidos medioambiental. Se pretende ilustrar la utilidad y potencialidad de la CFD a través de la aplicación y análisis a cuatro casos concretos, agrupados en dos grupos de procesos de mezcla: los dominados por un chorro turbulento de entrada en un tanque de agua y los dominados por las estructuras turbulentas debidas a la propia geometría curva de los canales meándricos. Los cuatro casos de estudio son: i) procesos de mezcla en tanques de agua potable, ii) influencia del chorro de entrada en la estratificación térmica en tanques de agua caliente, iii) flujo turbulento y mezcla en canales con meandros, y iv) flujo turbulento y mezcla en canales con meandros inundables. El trabajo desarrollado está centrado en un contexto práctico donde, a partir de casos concretos, se buscan los métodos y modelos más adecuados en cada uno de ellos. A tal efecto, se han desarrollado simulaciones de ensayos llevados a cabo en cada uno de los casos de estudio. Aunque los datos experimentales empleados fueron generados por diferentes equipos de investigación, en todo momento existió una estrecha relación y colaboración con todos los grupos. Dichos datos experimentales sirvieron para validar los modelos y, en conjunto, para estudiar en profundidad el problema. El trabajo en el que se analiza el primero de los cuatro casos muestra un procedimiento para el estudio de dinámica de fluidos de los procesos de mezcla en tanques de agua potable. El procedimiento puede aplicarse en el diseño y mejora de de estos elementos mediante la técnica URANS junto con métodos experimentales. En el segundo caso, las simulaciones URANS en el tanque de agua caliente permitieron determinar la distribución de temperatura en todo el dominio computacional. Además, el modelo, validado con un alto nivel de ajuste, fue desarrollado para el estudio de la influencia de algunas configuraciones de entrada y mejorar el grado de estratificación inicial. Con el tercer caso de estudio, se ha mostrado la idoneidad de la técnica LES en el estudio en profundidad del flujo y la turbulencia en meandros, incluso habiendo empleado mallas relativamente gruesas. La mayor influencia de los flujos secundarios (resultado de la forma curva del canal) sobre el proceso de mezcla ha podido ser clarificada. Por último, la técnica LES resultó ser muy eficaz a la hora de ampliar la información disponible sobre el flujo y la turbulencia en meandros con diferentes planos de inundación. Se obtuvo una muy buena concordancia con los datos experimentales, pese al uso de mallas relativamente gruesas. El proceso de mezcla entre el flujo de la inundación y el del meandro ha podido ser observado con mayor claridad.
Els processos de mescla estan presents tant en el camp de l'enginyeria hidràulica com en el del medi ambient i apareixen en infinitat de situacions que són de gran interès per a l'ésser humà. Els mecanismes que governen aquests processos poden ser molt diversos i complexos, podent interaccionar entre si. No obstant això, quan un fluid té un comportament turbulent, aquest és altament inestable i tridimensional, modificant en gran mesura els altres mecanismes de mescla. En aquests casos, la resolució amb mètodes clàssics de la mecànica de fluids pot arribar a ser extremadament difícil, sent necessari utilitzar aproximacions o models. D'altra banda, en els últims anys, s'ha avançat molt en les tècniques de simulació numèrica, i juntament amb l'augment de la velocitat i capacitat computacional, la Dinàmica de Fluids Computacional (en Anglès Computational Fluids Dynamics, CFD) permet desenvolupar simulacions d'aquests complexos processos. Aquesta Tesi Doctoral està motivada per la importància d'analitzar mitjançant mètodes numèrics la física del flux turbulent en diferents processos de mescla d'interès en el camp de l'enginyeria hidràulica i la mecànica de fluids mediambiental. Es pretén il¿lustrar la utilitat i potencialitat de la CFD a través de l'aplicació i anàlisi a quatre casos concrets, agrupats en dos grups de processos de mescla: els dominats per un doll turbulent d'entrada en un tanc d'aigua i els dominats per les estructures turbulentes degudes a la pròpia geometria corba dels canals meàndrics. Els quatre casos d'estudi són: i) processos de mescla en tancs d'aigua potable, ii) influència del doll d'entrada en l'estratificació tèrmica en tancs d'aigua calenta, iii) flux turbulent i mescla en canals amb meandres, i iv) flux turbulent i mescla en canals amb meandres inundables. El treball desenvolupat està centrat en un context pràctic on, a partir de casos concrets, es busquen els mètodes i models més adequats en cadascun d'ells. A aquest efecte, s'han desenvolupat simulacions d'experiments duts a terme en cadascun dels casos d'estudi. Tot i que les dades experimentals emprats van ser generats per diferents equips d'investigació, en tot moment va existir una estreta relació i col¿laboració amb tots els grups. Aquests dades experimentals varen servir per validar els models i, en conjunt, per estudiar en profunditat el problema. El treball en el qual s'analitza el primer dels quatre casos mostra un procediment per a l'estudi de dinàmica de fluids dels processos de mescla en tancs d'aigua potable. El procediment pot aplicar-se en el disseny i millora d'aquests elements mitjançant la tècnica URANS juntament amb mètodes experimentals. En el segon cas, les simulacions URANS en el tanc d'aigua calenta van permetre determinar la distribució de temperatura en tot el domini computacional. A més, el model, validat amb un alt nivell d'ajust, va ser desenvolupat per a l'estudi de la influència d'algunes configuracions d'entrada i millorar el grau d'estratificació inicial. En el tercer cas d'estudi, s'ha mostrat la idoneïtat de la tècnica LES en l'estudi en profunditat del flux i la turbulència en meandres, fins i tot havent emprat malles relativament gruixudes. La major influència dels fluxos secundaris (resultat de la forma corba del canal) sobre el procés de mescla ha pogut ser aclarida. Per últim, la tècnica LES va resultar ser molt eficaç a l'hora d'ampliar la informació disponible sobre el flux i la turbulència en meandres amb diferents plànols d'inundació. Es va obtenir una molt bona concordança amb les dades experimentals, malgrat l'ús de malles relativament gruixudes. El procés de mescla entre el flux de la inundació i el del meandre ha pogut ser observat amb major claredat.
Moncho Esteve, IJ. (2017). Procesos de Mezcla en Flujos Turbulentos con Técnicas de la Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90573
TESIS

[EN] The study, monitoring and control of environmental phenomena such as the air pollution, climate control or homogenization temperature and humidity indoors, or understanding and extinguishing forest fires pose a constant challenge to the personnel responsible and especially to the researchers. Compete this problematic economic sectors where greenhouse crops, post-harvest cameras, chillers tractor ruminant farms, smart buildings, urban environmental studies, among many others used. In all of them there is a concern for consistency in production, for energy efficiency and environmental impact generated. It is for this homogenization, dispersion and stratification of climate variables and gases, closely related to the ventilation of outdoor spaces and venues of interest. For the understanding of physical phenomena that are generated and subsequent improvement in the structural design and automatic systems, we need a modeling and energy analysis, there are currently several methods: tracer gas techniques, intensive data collection accompanied with box-empirical modeling Black and resolution simulation of physical laws that govern the behavior of study spaces. Previous techniques independently are insufficient to provide practical solutions and are costly or highly particularized to the case study. That is why the technique Fluid Dynamics Computer (CFD), as a tool that is used to numerically solve the equations of continuity and momentum that govern energy exchange system in order to obtain the fields of speed and direction airflow, the distribution of temperature, humidity and specific gases, becomes viable for later models were used with advanced control systems. However, the CFD technique requires a validation of the results with intensive shooting (space-time) data. Most published studies refer in their conclusions to the need for such validation of the data produced and how it is done. This document, by means of case studies, seeks to address the complexity of some environmental phenomena using models with the technique of CFD, whose validation also requires a protocol systematically executed a System Data Acquisition (DAS) spatially distributed and temporally controlled, which is achieved with the design and installation of a Wireless Sensor Network (WSN). Then it finds a first justification case where having the need to study the homogenization of the microclimate of a greenhouse, a DAS is created through the integration of different technologies wired. It shows in addition to extensive technical development, an urgent need to move to a non-wired technology to achieve the spatial coverage required in rooms or spaces with greater volume. It is followed by a case study in the laboratory, which seeks to understand the distribution and stratification of a gas in a chamber with controlled ventilation. Using a CFD model, which in turn feeds and validated with a database generated from a gas sensor WSN becomes. Then, a case study where space analysis moves to a real environment and highly complex, as it is a street in the city of Valencia, Spain.
[ES] El estudio, monitoreo y control de fenómenos ambientales como lo es la contaminación atmosférica, el control del clima o la homogenización de la temperatura y la humedad en recintos cerrados, o el entendimiento y extinción de incendios forestales, plantean un reto constante a el personal responsable y especialmente a los investigadores. Compete esta problemática a sectores económicos donde se utilice cultivos bajo invernadero, cámaras de pos-cosecha, cámaras de refrigeración de tractores, explotaciones de rumiantes, edificaciones inteligentes, estudios ambientales urbanos, entre muchos otros. En todas ellas existe una preocupación por la uniformidad en la producción, por una eficiencia energética y por el impacto ambiental que se genera. Se encuentra pues dicha homogenización, dispersión y estratificación de las variables climáticas y de los gases, íntimamente relacionada con la ventilación de los espacios exteriores y los recintos de interés. Para la comprensión de los fenómenos físicos que se generan y posterior mejora del diseño estructural y de los sistemas automáticos, es necesario un modelado y estudio energético, existiendo actualmente varias metodologías: Técnicas con gas trazador, toma intensiva de datos acompañada con modelado empírico tipo caja negra, y simulación por resolución de las leyes físicas que gobiernan el comportamiento de los espacios de estudio. Las anteriores técnicas de forma independiente resultan insuficientes para dar soluciones prácticas, y resultan costosas o altamente particularizadas al caso de estudio. Es por ello que la técnica de Dinámica de Fluidos Computacionales (CFD), como herramienta que se emplea para resolver numéricamente las ecuaciones de continuidad y de momento que rigen los intercambios energéticos de un sistema con el fin de obtener los campos de velocidad y de dirección del flujo de aire, la distribución de la temperatura, de la humedad y de gases específicos, se hace viable para obtener los modelos que posteriormente se utilizaran con sistemas de control avanzado. Sin embargo, la técnica CFD requiere de una validación de los resultados con una toma (espacio-tiempo) intensiva de datos. La mayoría de los trabajos publicados hacen referencia en sus conclusiones a la necesidad de dicha validación de los datos arrojados y la forma en la que se hace. El presente documento, por medio de unos casos de estudio, busca abordar la complejidad de algunos fenómenos ambientales haciendo uso de modelos con dicha técnica de CFD, cuya validación exige además de un protocolo sistemáticamente ejecutado, un Sistema de Adquisición de Datos (DAS) espacialmente distribuido y temporalmente controlado, lo cual se alcanza con el diseño e instalación de una Red Inalámbrica de Sensores (WSN). Se encuentra entonces un primer caso justificativo, donde teniendo la necesidad del estudio de la homogenización del microclima de un invernadero, se genera un DAS gracias a la integración de diferentes tecnologías cableadas. Demuestra además de un extenso desarrollo técnico, una imperiosa necesidad de pasar a una tecnología no cableada para lograr la cobertura espacial requerida en recintos o espacios con mayor volumen. Le sigue un caso de estudio a nivel de laboratorio, donde se busca entender la distribución y estratificación de un gas en un recinto con ventilación controlada. Se hace uso de un modelo con CFD, que a su vez se alimenta y valida con un banco de datos generado gracias a una WSN con sensores de gases. Luego, un caso de estudio donde el espacio de análisis se traslada a un ambiente real y con alta complejidad, como lo es una calle de la ciudad de Valencia, España.
[CAT] L'estudi, monitoratge i control de fenòmens ambientals com és la contaminació atmosfèrica, el control del clima o l'homogeneïtzació de la temperatura i la humitat en recintes tancats, o l'enteniment i extinció d'incendis forestals, plantegen un repte constant al personal responsable i especialment als investigadors. Competeix aquesta problemàtica a sectors econòmics on s'utilitza cultius sota hivernacle, càmeres de pos-collita, cambres de refrigeració de tractors, explotacions de remugants, edificacions intel ligents, estudis ambientals urbans, entre molts altres. En totes elles hi ha una preocupació per la uniformitat en la producció, per una eficiència energètica i per l'impacte ambiental que es genera. Es troba doncs aquesta homogeneïtzació, dispersió i estratificació de les variables climàtiques i dels gasos, íntimament relacionada amb la ventilació dels espais exteriors i els recintes d'interès. Per a la comprensió dels fenòmens físics que es generen i posterior millora del disseny estructural i dels sistemes automàtics, cal un modelatge i estudi energètic, existint actualment diverses metodologies: Tècniques amb gas traçador, presa intensiva de dades acompanyada amb modelatge empíric tipus caixa negra, i simulació per resolució de les lleis físiques que governen el comportament dels espais d'estudi. Les anteriors tècniques de forma independent resulten insuficients per donar solucions pràctiques, i resulten costoses o altament particularitzades al cas d'estudi. És per això que la tècnica de dinàmica de fluids Computacionals (CFD), com a eina que s'uilitilza per resoldre numèricament les equacions de continuïtat i de moment que regeixen els intercanvis energètics d'un sistema per tal d'obtindre els camps de velocitat i de direcció del flux d'aire, la distribució de la temperatura, de la humitat i de gasos específics, es fa viable per obtindre els models que posteriorment s'utilitzaran amb sistemes de control avançat. No obstant això, la tècnica CFD requereix d'una validació dels resultats amb una presa (espai-temps) intensiva de dades. La majoria dels treballs publicats fan referència en les seves conclusions a la necessitat d'aquesta validació de les dades llançats i la forma en què es fa. El present document, per mitjà d'uns casos d'estudi, busca abordar la complexitat d'alguns fenòmens ambientals fent ús de models amb aquesta tècnica de CFD, la validació exigeix a més d'un protocol sistemàticament executat, un Sistema d'Adquisició de Dades (DAS) espacialment distribuït i temporalment controlat, la qual cosa s'aconsegueix amb el disseny i instal lació d'una Xarxa Sense fil de Sensors (WSN). Es troba llavors un primer cas justificatiu, on tenint la necessitat de l'estudi de l'homogeneïtzació del microclima d'un hivernacle, es genera un DAS gràcies a la integració de diferents tecnologies cablejades. Demostra a més d'un extens desenvolupament tècnic, una imperiosa necessitat de passar a una tecnologia no cablejada per aconseguir la cobertura espacial requerida en recintes o espais amb més volum. El segueix un cas d'estudi a nivell de laboratori, on es busca entendre la distribució i estratificació d'un gas en un recinte amb ventilació controlada. Es fa ús d'un model amb CFD, que al seu torn s'alimenta i valida amb un banc de dades generat gràcies a una WSN amb sensors de gasos. Després, un cas d'estudi on l'espai d'anàlisi es trasllada a un ambient real i amb alta complexitat, com ho és un carrer de la ciutat de València, Espanya.
Marulanda Tobón, A. (2016). MODELOS EN DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL PARA APLICACIONES AMBIENTALES Y SU VALIDACIÓN CON SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS BASADOS EN REDES DE SENSORES INALÁMBRICAS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63461
TESIS

The reason for the writing of this doctoral thesis arises from the commitment adopted by COMEXI in order to put its products in the market making his products more sustainable and environmentally friendly. Is in this process of continuous improvement that the company has set the goal to reduce the energy consumption of the flexographic presses, rotogravure presses as well as laminators. All these machines have in common that all of them have a drying system mainly based on forced convection drying, whose consumption can reach values near to 60% of total machine’s consumption. The drying process consists on evaporating the solvent (the more commonly used are acetates, alcohols or water), whose function is to facilitate the application of pigments and resins over the substrate to be printed. The main focus of this work has been put on the study of the drying system between drying decks on a flexographic printer. The improvement and redesign process has been based on achieving an uniform speed distribution all over the length nozzle, as well as improving the balance of the drying deck (reduce the suction flow necessary to collect all the air that is fed into each screen). The redesign process of the screen has been based on experimental measurements made in the available designs of current screens, and their validation by means of CFD simulations done in OpenFOAM. The final design is achieved by using CFD simulations until the obtained results are the expected according to the requirements
La motivació per a la redacció d'aquesta tesi doctoral neix de la voluntat de COMEXI de posicionar els seus productes en el mercat fent que aquests siguin més sostenibles i respectuosos amb el medi ambient. Tot seguint aquest compromís, es pretén reduir el consum energètic de les impressores flexogràfiques, impressores de rotogravat o laminadores, a les quals el consum energètic corresponent al sistema d'assecatge pot arribar a valors de l'ordre del 60% del consum energètic total de la màquina. El procés d'assecatge de les màquines consisteix en evaporar la quantitat de solvent (habitualment acetats, alcohols o bé aigua) contingut en la tinta que s'utilitza durant el procés d'impressió, la funció del qual és facilitar l'aplicació de pigments i resines sobre el substrat que es desitja imprimir. L'atenció principal d'aquest treball s'ha focalitzat en la millora de les pantalles d'assecatge entre tinters d'una impressora flexogràfica, en el sentit d'aconseguir una major uniformitat en la distribució de la velocitat a la sortida del llavi de la pantalla, així com millorar-ne també el seu balanç (abaixar la quantitat d'aire que cal aspirar per recollir tot l'aire que s'impulsa). El procés de redisseny es basa en la caracterització experimental del comportament de les pantalles d'assecatge actuals, la seva validació i ajust del model mitjançant simulació CFD amb el software OpenFOAM i la posterior millora del disseny a través de simulacions CFD fins assolir un concepte que proporcioni els requeriments exigits
Programa de Doctorat en Tecnologia

Stroke is a major cause of death and disability in Spain and in the Western world. It is often caused by an accumulation of atherosclerotic plaques on the walls of carotid arteries. Carotid revascularization may be the solution chosen by the specialist. This choice depends directly on the symptoms, the diagnosis and the potential benefits vs. costs of performing surgery. Hemodynamics plays a crucial role in all decision making. The conventional methods for analyzing hemodynamics are Doppler ultrasound, computed tomography angiography (CTA) and magnetic resonance angiography (MRA). These methods may be enriched with the numerical simulation of blood flow in the area of interest, using techniques of computational fluid dynamics (CFD). The result of the simulations can be used to improve diagnosis and to propose hemodynamic improvement during surgery or treatment. It can also provide conclusions on the progress of the patient. However, it is currently very difficult to perform these simulations and reach valid conclusions. This difficulty is due to the state of the technique and to the lack of scientific consensus in regard to clinical aspects, data gathering and processing, reproduction of geometries, construction of models, and execution of the simulations, among other aspects. Furthermore, obtaining results and drawing conclusions from them requires a high degree of specialization and the use of software that is often expensive. The present thesis uses numerical simulation to replicate the blood flow in the carotid arteries. It uses the results to guide the diagnosis and prognosis of patient progress. It develops a methodology for the creation of numeric models using data provided by CTA and Doppler ultrasound, both of which are used in routine clinical practice. From the images contained in the files with DICOM format resulting from the CTA, the geometries of carotid arteries of patients are reproduced. The data provided by the ultrasound velocities are used to obtain velocity curves in the inputs, outputs and areas of interest within the carotid artery. Models of carotid arteries are also built with CAD tools. OpenFOAM®; is used for model meshing, solving the equations that govern the fluid movement and obtaining the relevant hemodynamic variables such as carotid wall shear stress. The Womersley boundary condition for velocities, which is the most suitable one for simulating pulse flows in carotid arteries, is implemented in this software environment. In cases of moderate stenosis, a diagnosis by a specialist is added. A comparison between a pre- and postoperative situation was made in order to take it into account for any proposals of hemodynamic improvement. The pre-processing, processing and post-processing were performed almost entirely with open source tools such as vmtk, enGrid, ParaView and OpenFOAM®.
El ictus es una de las principales causas de muerte e invalidez en España y en el mundo occidental. Su origen se debe, en muchos casos, a la acumulación de placas de ateromas en las paredes de las arterias carótidas. La revascularización carotídea, puede ser la solución elegida por el especialista. Dicha elección depende directamente de la sintomatología del paciente, del diagnóstico efectuado y de los posibles riesgos vs. beneficios, vinculados a realizar la intervención. La hemodinámica juega un papel fundamental en la toma de cualquier decisión. Su análisis con métodos convencionales como la ecografía Doppler, la angiografía por tomografía computarizada (angio-TC) y por resonancia magnética (angio-RM), puede ser enriquecido con la simulación numérica del flujo sanguíneo en la zona de interés, utilizando técnicas de fluidodinámica computacional (CFD). El resultado de las simulaciones podría ser utilizado para realizar un mejor diagnóstico y proponer mejoras hemodinámicas, durante la intervención o tratamiento. También aportaría nuevas conclusiones sobre la posible evolución del paciente. No obstante, realizar estos estudios computacionales y llegar a conclusiones válidas, presenta un alto grado de dificultad en la actualidad. Esta dificultad viene dada por el estado de la técnica y la no existencia de un consenso científico en cuanto a aspectos clínicos, toma y procesamientos de los datos, reproducción de geometrías, construcción de los modelos y a la propia realización de las simulaciones, entre otros. Al mismo tiempo obtener resultados y llegar a conclusiones a partir de estos, requiere de un alto grado de especialización y el uso de software que, en general, tiene un elevado coste económico. En el presente trabajo de tesis se emplea la simulación numérica para reproducir la circulación del flujo sanguíneo en las arterias carótidas. Utiliza los resultados para influir tanto en el diagnóstico, como en el pronóstico de la evolución del paciente. Se elabora una metodología para la creación de modelos numéricos utilizando los datos que aporta el angio-TC y la ecografía Doppler, ambas técnicas empleadas en la clínica habitual. A partir de las imágenes contenidas en ficheros con formato DICOM, resultados del angio-TC, se reproducen las geometrías de carótidas de pacientes y con los datos proporcionados por la ecografía Doppler se obtienen curvas de velocidades en las entradas, salidas y zonas de interés dentro de la arteria carótida. Son construidos además modelos de carótidas con herramientas CAD. OpenFOAM® es utilizado para realizar el mallado de los modelos, la resolución de las ecuaciones que gobiernan el movimiento del fluido y la obtención de variables hemodinámicas relevantes como la tensión de cizallamiento en la cara interna de la pared arterial carotídea. En el entorno de este software se implementa la condición de contorno Womersley para las velocidades, que es la más apropiada para simular de flujos pulsátiles en las carótidas. Para el caso de una estenosis moderada, se complementa un diagnóstico realizado por el especialista. Se ha efectuado una comparativa entre una situación pre y postperatoria con el objetivo de tenerla en cuenta ante posibles propuestas de mejoras hemodinámicas. El trabajo de pre-procesado, procesado y post-procesado ha sido realizado casi en su totalidad con herramientas de código abierto como vmtk, enGrid, ParaView y OpenFOAM® entre otras

Tesis que se presenta para obtener el grado de maestría en Ciencias del Agua
La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) tiene distintas aplicaciones en diversas áreas de la ingeniería, principalmente en la modelación de flujos, donde es utilizada para conocer las características de un flujo en movimiento y determinar las variables que intervienen en su comportamiento, de manera teórica pero económica y con resultados muy cercanos a la realidad. En acuacultura, la CFD es utilizada para visualizar y evaluar el comportamiento hidrodinámico de tanques de cultivo de peces, tomando en cuenta las condiciones de flujo para el sano desarrollo de los peces. Sin embargo, pocos trabajos analizan la eficiencia de remoción de sedimentos de forma natural, considerando el comportamiento del flujo dentro del tanque. En el presente trabajo, se analiza la hidrodinámica de un tanque de recirculación de agua empleado en acuacultura, aplicando simulación por computadora a través de técnicas CFD, demostrando la importancia de realizar simulaciones aplicando métodos numéricos, para la obtención de parámetros hidrodinámicos, principalmente, los campos de velocidad y turbulencia ante diversos escenarios de operación de un sedimentador tipo hidrociclón. Los resultados obtenidos demuestran que los principales factores que influyen en la hidrodinámica del tanque y del sedimentador son: la forma y distribución de rejillas del sedimentador, así como el diámetro del mismo. El efecto que producen dichas rejillas, son diversas variaciones en la distribución de velocidades del tanque y principalmente dentro del sedimentador, afectando las condiciones óptimas del flujo para la sedimentación de partículas y por ende la eficiencia en la remoción de sedimentos dentro del tanque. Con los resultados obtenidos mediante la aplicación de CFD fue posible relacionar la hidrodinámica del sedimentador con su diámetro y estructura de rejillas, logrando tener un flujo idóneo en el tanque para al sano desarrollo de los peces y un flujo con velocidad total máxima de 2 cm/s dentro del sedimentador, suficiente para lograr la sedimentación de partículas, y con ello generar un sistema con características de auto-limpieza.

En el presente trabajo se realiza un análisis fluido dinámico y energético de la micro – turbina de gas J66 – 8, para determinar velocidades, presiones y variación de densidades, así como también la evolución de la temperatura y entalpía del aire en cada etapa de la micro – turbina, pero cambiando el combustible tradicional con el que funciona, Jet A1, el cual es un hidrocarburo, un combustible hecho a base de carbono; por un combustible de cero emisiones de carbono en su combustión y con un mayor poder calorífico que cualquier otro, el hidrógeno. Se explica también que, para generar el mismo empuje en el micro – turbina, generado con el Jet A1, se necesita menos cantidad de hidrógeno, y además no hay necesidad de cambiar el material original de los componentes, ya que estos soportan la temperatura que se alcanza en la combustión de hidrógeno.
Tesis

This doctoral thesis has integrated biological models (activated sludge models “ASM”) with simulation tools of computational fluid dynamics “CFD”, and has applied them to the design of two advanced technologies for wastewater treatment: “Microbial Fuel Cells” and the “Anammox” process. Wastewater treatments based on Microbial Fuel Cells use the catalytic bioelectrochemical activity of certain microorganisms to oxidise organic compounds and produce electricity without needing additional chemical compounds. In Anammox process (Anaerobic Ammonium Oxidation) microorganisms also play a main role in the autotrophic removal of nitrogen compounds.
Aquesta tesi doctoral ha integrat models biològics - en concret, models de fangs activats “ASM” amb eines de simulació de dinàmica de fluids computacional “CFD”, i les ha aplicat al disseny de dues tecnologies avançades per al tractament de les aigües residuals: les “Microbial Fuel Cells” o piles bioelectroquímiques i el procés “Anammox”. El sistemes de tractament d’aigües residuals basats en Microbial Fuel Cells aprofiten l’activitat catalítica bioelectroquímica de determinats microorganismes per oxidar compostos orgànics i produir electricitat sense necessitat d’addicionar compostos químics. També en el procés Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) els protagonistes són els microorganismes, en aquest cas per eliminar de manera autotròfica compostos de nitrogen, i reduir així la quantitat de fangs generats i les necessitats d’aeració.

To achieve a sand filter design that reduce its pressure loss, computational fluid dynamics (CFD) tecnique was used combined with laboratory tests in a scaled filter using different filter media. The CFD models allowed to identify those key points that allowed to reduce pressure drop. Thus, different underdrain designs were developed and computed. A prototype at the laboratory scale was manufactured from the digital filter model that offered a smaller pressure drop to verify its performance. The new design reduced the pressure drop across the whole of the filter by 30% at a surface filtration rate of 0.015 m/s and with a porous medium formed by silica sand with a size ranging from 0.63 to 0.75 mm. Lastly, a life cycle analysis (LCA) was performed to determine the environmental impact of the new design.
Per aconseguir un disseny de filtre de sorra que reduís la seva caiguda de pressió, es va utilitzar la tècnica de la dinàmica de fluids computacional (CFD) combinada amb assajos de laboratori en un filtre escalat utilizant diferents medis filtrants. Els models CFD van permetre identificar punts clau a nivell de caiguda de pressió i es van desenvolupar diferents dissenys nous drenatges que es van assajar computacionalment. Del model digital de filtre que oferia menor caiguda de pressió se’n va fabricar un prototip a escala de laboratori per tal de verificar-ne el funcionament. El nou disseny reduïa la caiguda de pressió en el conjunt del filtre en un 30% a una velocitat superficial de filtració de 0,015 m/s i amb un medi porós format per sorra silícica de 0,63 a 0,75 mm de granulometria. Finalment, es va realitzar una anàlisi de cicle de vida(LCA) per determinar l’impacte ambiental del nou disseny

In the last decade, computational modelling has been playing an important role as a non-invasive technology that may significantly impact the diagnosis as well as the treatment of cardiac diseases. As an example, the Food and Drugs Administration (FDA) has created new guidelines for in-silico trials for advancing new device pre-clinical testing and drug cardio-toxicity testing applications, since simulation studies have the potential to accelerate the discovery while reducing the need for expensive lab work and clinical trials. On the European side, the Avicenna Alliance aims to develop a road-map for in-silico clinical trials and establish the bases for the technology, methods and protocols required in order to make possible the use of computer simulations before the clinical trials. A common characteristic of the existing human cardiac models is that personalised geometries usually come from in-vivo imaging and the majority of computational meshes consider simplified ventricular geometries with smoothed endocardial (internal) surfaces, due to a lack of highresolution, fast and safe in-vivo imaging techniques. Acquiring human high-resolution images would mean for the patient to undergo long, expensive and impractical scans, in the case of magnetic resonance images (MRI), or could present a risk for the patient's health, in the case of computed tomography (CT), since this process involves a considerable amount of radiation. Smoothed ventricular surfaces are indeed considered by the majority of existing human heart computational models, both when modelling blood flow dynamics and electrophysiology. However, the endocardial wall of human (and other mammals species) cardiac chambers is not smooth at all; it is instead characterised by endocardial sub-structures such as papillary muscles (PMs), trabeculations and false tendons (FTs). Additionally, fundamental anatomical gender differences can be found in cardiac sub-structural heart configuration as female hearts present less amount of FTs. Since there is little information about the role of endocardial sub-structures in human cardiac function, considering them in the human in-silico cardiac simulations would present a first step towards the understanding of their function. Additionally, comparing simulations results including sub-structural anatomical information with those obtained when considering simplified human cardiac geometries (representing common existing models) would shed a light on the errors introduced when neglecting human endocardial sub-structures. Another important aspect which is often ignored in in-silico simulations and could influence their outcome is gender phenotype. Female hearts have reduced resources for repolarization due to differences in K+ channels as compared to male phenotypes, leading to longer action potential durations (APDs). Longer APDs are consistent with clinical observation that females have longer QT intervals (time the heart takes to depolarize and repolarize) than males. Gender specificity can lead then to arrythmogenesis differences and so it may be important to consider different gender phenotypes when running in-silico electrophysiological simulations, in order to obtain results which are of clinical relevance and that can be compared to the subject-specific clinical data. In this thesis, therefore, we have created highly detailed human heart models from ex-vivo highresolution MRI data, to study the role of cardiac sub-structures and gender phenotype in human cardiac physiology, through computational fluid dynamics (CFD) and electrophysiological highperformance computing (HPC) simulations.

Se estudian los frentes de propagación en una región de dos dimensiones con forma de un tubo rectangular finito en sistemas isotérmicos autocatalíticos. Enfocamos el caso donde dos especies intervienen en una reacción y estas especies tienen coeficientes de difusión que pueden diferenciarse significativamente en magnitud. En las configuraciones de dos dimensiones, con diferentes coeficientes de difusión, los frentes de propagación pueden convertirse en inestables. La inestabilidad ocurre cuando la razón de los coeficientes de difusión excede de un valor crítico. La forma espacio temporal de los frentes no planos en tales sistemas dependen del dominio rectangular perpendicular al frente, generándose para tiempos largos, intermitencias bien definidas separadas en cada intervalo de tiempo. A medida que se incrementa el ancho del dominio rectangular, aparece el caos. También estudiamos las formas de propagación de los frentes cuando el ancho del dominio es más grande que el largo del tubo, notándose simetría de acuerdo a las condiciones iniciales hasta un cierto tiempo y luego se rompe la simetría para tiempos posteriores. Por último al sistema reacción-difusión cúbica le incluimos un flujo advectivo de Poiseuille que dan como resultado dominio de frentes simétricos y asimétricos variando la velocidad promedio del ujo desde valores negativos a valores positivos.
Tesis

[ES] Actualmente, los vehículos propulsados por motores de combustión interna alternativos (MCIA) constituyen uno de los mayores agentes contaminantes para el medio ambiente. En este sentido, ha existido una importante cooperación internacional para promulgar leyes que regulen las emisiones contaminantes. De manera que los fabricantes de coches han impulsado el desarrollo de tecnologías más limpias y amigables con el medio ambiente. Ante esta situación, ha surgido recientemente la electrificación, como uno de los proyectos más ambiciosos de la industria automotriz para los próximos años. Sin embargo, esta meta parece aún lejana en el horizonte. En tal sentido, la hibridación con motores térmicos y eléctricos parece ser el camino a seguir en el corto plazo. Por consiguiente, los MCIA seguirán siendo la principal fuente de propulsión terrestre durante los años venideros. Para mitigar los inherentes efectos contaminantes de los motores de combustión interna, se han propuesto diferentes tecnologías para desarrollar motores más eficientes. Entre ellas, la aplicación de recubrimientos térmicos en las paredes de la cámara de combustión apunta a reducir las pérdidas por calor en el motor, y así aumentar su eficiencia térmica. El objetivo principal de esta tesis es estudiar el impacto de aplicar recubrimientos térmicos en las paredes de la cámara de combustión en motores de combustión interna. En este sentido, determinar los flujos de calor experimentalmente a través de las paredes es complicado y no del todo fiables, debido a que dependen de la medición de las temperaturas de pared. Por este motivo, el CFD-CHT es utilizado. El primer paso fue validar la herramienta computacional que es utilizada para los cálculos en motores de combustión interna. Para ello se realizó un estudio preliminar en geometrías sencillas como una tubería circular o un canal rectangular. Se evaluaron los modelos de transferencia de calor y se determinó la relevancia de ciertos parámetros como la rugosidad. Para complementar el estudio, se realizó un análisis de las temperaturas en una geometría más realista como el pistón de un MCIA. Los valores de temperatura calculados por el software fueron casi iguales a las medidas experimentales. Por consiguiente, la fiabilidad de la herramienta computacional fue verificada. Seguidamente, se plantea una metodología para abordar al problema de modelar capas muy finas de recubrimientos térmicos en el espacio tridimensional. Para de esta manera poder simular las paredes recubiertas en la cámara de combustión. La metodología consiste en definir un material equivalente con un espesor y número de nodos que permitan un mallado computacionalmente realista. Para ello se utilizó un DoE en combinación con un análisis de regresión múltiple. Los primeros estudios se llevaron a cabo en un motor de gasolina. El modelado se llevó a cabo para dos configuraciones: motor con paredes metálicas y motor con pistón y culata recubiertos. A través de un análisis exhaustivo de la transferencia del calor, se evaluó el impacto que tenía aplicar el revestimiento térmico en el motor. La comparación con datos experimentales demuestran la utilidad del cálculo CHT para evaluar las pérdidas de calor en un MCIA. Sin embargo, ninguna mejora fue observada en el motor de gasolina debido al tipo de recubrimiento aplicado en las paredes de la cámara de combustión. Las simulaciones llevadas a cabo en el motor de gasolina permitieron determinar que los cálculos CHT son computacionalmente largos. En este sentido, una serie de estrategias diseñadas a optimizar los cálculos han sido analizadas con el fin de reducir los tiempos de cálculo. A través de este estudio, se encontró una metodología para optimizar la malla del dominio computacional. Esta última, emplea un refinamiento AMR basado en la distancia de pared. Este método es utilizado para modelar el impacto de aplicar un revestimiento tér
[CA] Actualment, els vehicles propulsats per motors de combustió interna alter- natius (MCIA) constitueixen un dels majors agents contaminants per al medi ambient. En aquest sentit, ha existit una important cooperació internacional per a promulgar lleis que regulen les emissions contaminants. De manera que els fabricants de cotxes han impulsat el desenvolupament de tecnologies més netes i amigables amb el medi ambient. Davant aquesta situació, ha sorgit recentment l'electrificació, com un dels projectes més ambiciosos de la indústria automotriu per als pròxims anys. No obstant això, aquesta meta sembla encara llunyana en l'horitzó. En tal sentit, la hibridació amb motors tèrmics i elèctrics sembla ser el camí a seguir en el curt termini. Per consegüent, els MCIA continuaran sent la principal font de propulsió terrestre durant els anys esdevenidors. Per a mitigar els inherents efectes contaminants dels motors de combustió interna, s'han proposat diferents tecnologies per a desenvolupar motors més eficients. Entre elles, l'aplicació de recobriments tèrmics en les parets de la cambra de combustió apunta a reduir les pèrdues per calor en el motor, i així augmentar la seua eficiència tèrmica. L'objectiu principal d'aquesta tesi és estudiar l'impacte d'aplicar reco- briments tèrmics en les parets de la cambra de combustió en motors de combustió interna. En aquest sentit, determinar els fluxos de calor experi- mentalment a través de les parets és complicat i no del tot fiable, pel fet que depenen del mesurament de les temperatures de paret. Per aquest motiu, el CFD-CHT (Computational fluid dynamics-Conjugate Heat Transfer) és utilitzat. El primer pas va ser validar l'eina computacional que és utilitzada per als càlculs en motors de combustió interna. Per a això es va realitzar un estudi preliminar en geometries senzilles com una canonada circular o un canal rectangular. Es van avaluar els models de transferència de calor i es va determinar la rellevància de certs paràmetres com la rugositat. Per a complementar l'estudi, es va realitzar una anàlisi de les temperatures en una geometria més realista com el pistó d'un MCIA. Els valors de temperatura calculats pel software van ser quasi iguals a les mesures experimentals. Per consegüent, la fiabilitat de l'eina computacional va ser verificada. Seguidament, es planteja una metodologia per a abordar el problema de modelar capes molt fines de recobriments tèrmics en l'espai tridimensional, per a d'aquesta manera poder simular les parets recobertes en la cambra de combustió. La metodologia consisteix a definir un material equivalent amb una grossària i nombre de nodes que permeten un mallat computacionalment realista. Per a això es va utilitzar un DoE (Design of experiments) en combinació amb una anàlisi de regressió múltiple. Els primers estudis es van dur a terme en un motor de gasolina. El mod- elatge es va dur a terme per a dues configuracions: motor amb parets metàl·liques i motor amb pistó i culata recoberts. A través d'una anàlisi exhaustiva de la transferència de la calor, es va avaluar l'impacte que tenia aplicar el revestiment tèrmic en el motor. La comparació amb dades experi- mentals demostren la utilitat del càlcul CHT per a avaluar les pèrdues de calor en un MCIA. No obstant això, cap millora va ser observada en el motor de gasolina a causa de la mena de recobriment aplicada en les parets de la cambra de combustió. Les simulacions dutes a terme en el motor de gasolina van permetre determinar que els càlculs CHT són computacionalment llargs. En aquest sentit, una sèrie d'estratègies dissenyades per a optimitzar els càlculs han sigut analitzades amb la finalitat de reduir els temps de càlcul. A través d'aquest estudi, es va trobar una metodologia per a optimitzar la malla del domini computacional. Aquesta última, empra un refinament AMR basat en la distància de paret.
[EN] Currently, vehicles powered by internal combustion engines (ICE) are targeted as contributing largely to environmental pollution. In this regard, there has been significant international cooperation to enact laws that regulate the polluting emissions. Hence, the car manufacturers have oriented efforts to the development of cleaner and more eco-friendly technologies. In order to face this situation, electrified vehicles have emerged as one of the most promising projects in the automotive industry for the coming years. However, this target still seems far on the horizon. In this sense, hybridization with thermal and electric engines seems to be the path to follow in the short term. Consequently, ICEs will continue to be one of the important sources of terrestrial propulsion in the coming years. To mitigate the inherent polluting effects of internal combustion engines, different technologies have been proposed to develop more efficient engines. Among them, the application of thermal coatings on the combustion chamber walls. This technology aims at reducing the heat losses in the engine, and thus increase its thermal efficiency. The main objective of this thesis is to study the impact of coating the combustion chamber walls of an engine on heat losses and thermal efficiency. The experimental definition of the heat fluxes through the walls is complex and not very reliable because it requires the measurement of wall temperatures. For this reason, CFD-CHT (Computational fluid dynamics-Conjugate Heat Transfer) is used. The first step was to validate the computational tool employed for CFD-CHT calculations in internal combustion engines. For this, a preliminary study in simple geometries such as a circular pipe or a rectangular channel was performed. Heat transfer models were evaluated and the relevance of certain parameters such as roughness was determined. To reinforce the study, a thermal analysis in a more realistic geometry such as the piston of a CI engine was carried out. The temperature values calculated by the software were almost the same as the experimental measurements. Consequently, the reliability of the computational tool was verified. Next, a methodology was proposed to address the problem of modeling very thin layers of thermal coating for three-dimensional CFD-CHT calculations. The methodology consists in defining an "equivalent material" with a thickness and number of nodes that allow a computationally realistic mesh. For this, a DoE in combination with a multiple regression analysis was employed. The first CFD-CHT simulations in ICEs were carried out for a gasoline engine. The study was performed for two configurations: metallic engine and engine with coated piston and cylinder head. An exhaustive heat transfer analysis was made in order to determine the impact of applying the thermal coating on the engine. Comparison with experimental data proved the suitability of the CHT calculations to evaluate heat losses in ICEs. However, no improvement on engine efficiency was observed in the gasoline engine due to the type of coating applied on the combustion chamber walls. Experience with the gasoline engine calculations showed that CHT calculations were very time consuming. In this regard, some strategies aimed at optimizing the calculations were analyzed in order to reduce calculation times. The most successful methodology was based on AMR cell refinement to optimize the mesh and reduce significantly the computational costs. This approach was used to study the impact of applying a new generation thermal coating on the piston top of a Diesel engine. The results obtained indicated that this type of coating allows for some improvement in the thermal efficiency of the engine without affecting its performance.
The author wishes to acknowledge the financial support received through contract FPI-2018-S2-1205 of the Programa para la Formación de Personal investigador (FPI) 2018 of Universitat Politècnica de València. Parts of the work presented in this thesis have received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme undergrant agreement No 724084.The author wishes to thank IFPEN for their permission to use their single cylinder engine geometry and experimental results, as well as Saint Gobain Research Provence for providing the coating characteristics.The respondent wants to express its gratitude to CONVERGENT SCIENCE Inc. and Convergent Science GmbH for their kind support for performingthe CFD-CHT calculations using CONVERGE software
Escalona Cornejo, JE. (2021). Modelling of Heat Losses through Coated Cylinder Walls and their Impact on Engine Performance [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/165244
TESIS

El progresivo incremento de la altura de los Edificios de Gran Altura (EGA) ha aumentado las consecuencias reales y potenciales cuando irrumpen en ellos incendios naturales. A la vista de dichas pérdidas, el objeto principal de esta Tesis es la contribución al análisis avanzado y prevención de los mecanismos de colapso estructural en EGAs inducidos por incendios naturales, mejorando el conocimiento actual de los fenómenos involucrados en los mecanismos de fallo estructural introducidos por la acción de dichos incendios naturales y de las consecuencias de ciertas estrategias de extinción de incendios. Durante el calentamiento del Hormigón de Alta Resistencia (HSC), tienen lugar diversos fenómenos complejos, con interacciones físicas, químicas y mecánicas que resultan en cambios significativos de sus propiedades, comportando una pérdida de la capacidad portante y de otras características de servicio de las estructuras de HSC. Un fenómeno significativo conducente a un mecanismo de fallo estructural específico de los HSCs es el Spalling Térmico. Esta Tesis fija el citado objeto, en primer lugar, en los dominios del análisis computacional del Spalling Térmico por medio del software de análisis higro-termo-quimo-mecánico (HTCM) más avanzado y basado en el denominado Modelo de Padua, el software High Temperature Concrete and Spalling o HITECOSP con los objetivos de: Desarrollar un abanico de nomogramas de Spalling con el objeto de evaluar la sensibilidad de los procesos HTCM involucrados en el comportamiento de los HSC, bajo condiciones de incendio natural, a determinados parámetros relevantes; Analizar si el Spalling es energéticamente viable en un abanico de casos reales; Discernir cuál es la contribución energética al Spalling Térmico por parte del gas comprimido y cuál es la correspondiente a la energía elástica constreñida (los dos factores clave conducentes, conjuntamente, al Spalling Térmico). Se han desarrollado más de 91 análisis HTCM, resultantes de la combinación de los valores de los parámetros considerados, a saber: el contenido inicial de humedad del HSC, su permeabilidad intrínseca, la intensidad del fuego, la resistencia a compresión, el conjunto de propiedades del HSC y el espesor del elemento estructural. Otra materia escasamente estudiada en relación con el objeto de la Tesis, es el análisis del efecto de las estrategias de extinción en el estado estructural de los EGAs durante incendios naturales. El choque térmico inducido por la aplicación de un chorro de agua sobre la superficie de un elemento estructural, produce una reducción significativa de la resistencia a flexión y a compresión, mientras que fenómenos de Spalling (Post-Spalling) pueden tener lugar durante y después de la extinción. Esta Tesis fija por tanto su objeto, en segundo lugar, en el dominio del análisis del efecto de un espectro de procesos de enfriamiento en el estado HTCM de un elemento estructural de nuevo con HITECOSP con los siguientes objetivos: Analizar el efecto de un espectro de procesos de enfriamiento en el estado HTCM de un elemento estructural, fabricado con HSC, durante el desarrollo de un incendio natural en un EGA; Desarrollar un análisis comparativo del estado HTCM final de un elemento estructural después de diferentes tipos y subtipos de procesos de enfriamiento, incluyendo la comparación de enfriamientos ambientales y de superficie, diferentes instantes de inicio y velocidades de los procesos de enfriamiento; Proporcionar suficiente información para analizar la influencia en el comportamiento HTCM de un elemento estructural, durante los procesos de enfriamiento, de diversos parámetros no relacionados con los propios procesos de enfriamiento. Dos casos de referencia han sido seleccionados y analizados en profundidad incluyendo numerosas variaciones de: tipo de enfriamiento bien enfriando los gases del escenario bien la superficie del elemento estructural, instante de inicio del proceso de enfriamiento y su velocidad. Este segundo encuadre de objetivos incluye el desarrollo de más de 20 Simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional por medio del software Fire Dynamics Simulator (FDS) para extraer la evolución de la temperatura en las superficies de los elementos estructurales durante diversas acciones de extinción. Finalmente se incluye un análisis heurístico del efecto de los procesos de enfriamiento en el estado HTCM de una columna cuadrada, fabricada con HSC, durante el desarrollo de un incendio natural en un EGA, entendiéndose como una extensión introductoria de los anteriores análisis a casos con flujos 2D como las columnas cuadradas, en las cuales el Spalling de esquina es el más peligroso.
The progressive gain of height of High-Rise Buildings (HRB) has increased the actual and potential consequences when natural fires irrupt. In sight of these losses, the major aim of this Thesis is to contribute to the advanced analysis and prevention of the mechanisms of natural fire-induced structural collapse in HRB, by improving the current knowledge of both the phenomena involved in the structural failure mechanisms introduced by natural fires action and of the consequences of certain fire fighting strategies developed during these fires. During heating of High Strength Concrete (HSC), there take place several complex, interacting physical, chemical and mechanical phenomena resulting in significant changes of the material inner structure and properties, leading to a loss of the load bearing capacity and of other important service features of concrete structures. A significant phenomenon leading to a structural failure mechanism very specific for the HSC used in HRBs and of a great practical importance is the Thermal Spalling. This Thesis settles, first, the abovementioned major aim in the domain of the computational Thermal Spalling analysis by means of the most advanced hygrothermo chemo-mechanical (HTCM) analysis software based on the so-called Model of Padova, High Temperature Concrete and Spalling software (HITECOSP) – with the objectives of: Develop a spectrum of spalling nomograms addressed to evaluate the sensitivity of the HTCM processes involved on the HSCs behaviour under a natural fire to some relevant parameters; Analyze if spalling is energetically possible in a variety of actual cases; Discern what is the energetic contribution of compressed gas to Thermal Spalling and what is that corresponding to the constrained elastic energy (namely, the two key factors leading, together, to Thermal Spalling). There are developed more than 91 HTCM analyses resulting from combinations of the parameters’ values initially considered: the initial moisture content of concrete, its intrinsic permeability, the rate of temperature increase, the porosity, compressive strength and, in general, the whole set of properties of concrete and the thickness of the structural element. Another scarcely studied matter related to the major aim of this Thesis is the analysis of the effect of fire fighting strategies on the structural state of the HRB during natural fires. Thermal shock, induced by the application of water jets on the surface of structural elements, produces a significant reduction in both the flexural strength the compressive strength, whereas Post-cooling spalling may occur after the fire is over, after cooling down or maybe even during extinguishing (especially those containing calcareous aggregates). This Thesis settles, second, the major aim in the domain of the analysis of the effect of a spectrum of cooling processes on the HTCM state of a structural element, manufactured with HSC, during the development of a natural fire in a HRB again with HITECOSP with the objectives of: Analyze the effect of a spectrum of cooling processes on the HTCM state of a structural element, manufactured with HSC, during the development of a natural fire in a HRB; Develop a comparative analysis to compare the final HTCM state of a structural element after the development of different types and subtypes of cooling processes, including comparisons about the Environment vs. Structural element’s Surface cooling attacks, among different start instants and for several velocities of the cooling processes; Provide enough information to analyze the influence on the HTCM behaviour of the structural element during the cooling processes of several parameters non-related to the own cooling processes. Two reference cases are selected where the extinguishing actions conditions are varied in order to cover the widest possible range of situations found by Fire-Fighting Services during a natural fire extinguishment: the type of cooling, the cooling start instant and its rate. This second settling of objectives also includes the development of more than 20 Computational Fluid Dynamics simulations by means of Fire Dynamics Simulator software (FDS) in order to work out the evolution of temperature at surfaces during several extinguishing actions. To conclude, the development of a heuristic analysis of the effect of cooling processes on the HTCM state of a square column, manufactured with HSC, during the development of a natural fire in a HRB, is also included, being understood as an introductory extension of the abovementioned analyses to cases with 2D fluxes such as square columns, where Corner Thermal Spalling is the most dangerous type.

El presente trabajo brinda resultados de ensayos experimentales realizados para la determinación de la longitud, dimensiones de la sección transversal y la rugosidad absoluta que debe tener el canal de disipación aguas arriba un aforador Parshall, el cual se plantea como una propuesta de solución a un problema identificado en un proyecto real dentro de la actividad minera. El estudio se aplica en una parte de la conducción del flujo de líquidos originados en el proceso de lixiviación de minerales, para lo cual básicamente se cuenta con una estructura conformada por un sistema de tuberías de colección de la solución lixiviada, la que luego se conecta una tubería denominada principal, la cual descarga a un canal de aproximación (disipador de energía) y a un aforador Parshall. Es en este canal de disipación en que el flujo impacta en la base del canal produciéndose un flujo turbulento en el aforador, lo cual origina gran imprecisión en la medición del caudal que atraviesa por este. Por lo tanto, se propone el dimensionamiento y las características de rugosidad para el canal de disipación, tal de obtener un flujo en régimen subcrítico, aguas abajo del flujo en régimen supercrítico. De esta manera se cumplirá con las condiciones que requiere el aforador Parshall para su correcto funcionamiento. La solución al problema identificado, que se halló mediante el presente trabajo de tesis está basado en el desarrollo y la aplicación de un modelo físico del prototipo, construido a escala, cuyo diseño cumple la teoría de semejanza semejanza hidráulica. La fabricación del modelo, se realizó tomando en cuenta las condiciones y restricciones existentes del lugar donde fue instalado para fines de los ensayos a realizar, es decir, en el Laboratorio de Hidráulica de la Pontificia Universidad Católica del Perú.
Tesis

A escala diaria, el viento es el principal agente externo que entrega la energía suficiente a un lago estratificado para generar el movimiento del fluido y mezclar la columna de agua. Bajo este escenario, la dinámica tridimensional del flujo puede ser correctamente representada mediante dos o más capas verticalmente acopladas, simplificación que ha permitido identificar una serie de fenómenos propios de flujos estratificados. Sin embargo, la característica multiescala de estos flujos limita su apropiada representación numérica o abstracción teórica, existiendo pocos trabajos científicos que abarquen toda la gama de escalas involucradas: desde las ondas de gran escala excitadas por el viento, hasta las pequeñas escalas dominadas por fenómenos nohidrostáticos. El objetivo de esta tesis es investigar la evolución nolineal y nohidrostática de las ondas internas en lagos estratificados cuya dinámica está afectada por la rotación terrestre. El trabajo se centró en estudiar el flujo en dos capas de lagos estratificados, combinando resultados de modelos numéricos específicamente diseñados para esta tesis, con un enfoque pseudo-espectral y mediciones en terreno. Como primera medida se estudió el caso simplificado de una cubeta circular de fondo plano, para posteriormente estudiar la dinámica de un lago real, el Lago Constance ubicado en la frontera entre Suiza y Alemania, para el que se cuenta con una base de datos proveniente de cadenas de termistores y estaciones meteorológicas. El análisis de la cubeta circular permitió identificar que la dinámica de cada una de las ondas continuamente forzadas por el viento puede asemejarse a un sistema oscilatorio de primer orden. La incorporación de los términos nolineales y nohidrostáticos eventualmente modifica esta dinámica oscilatoria, cuando la escala de tiempo de éstos es inferior a la escala de tiempo característica a la cual ocurren los intercambios de energía entre el cuerpo de agua y el viento. Adicionalmente, la manera en que evolucionan libremente las ondas de gran escala es dependiente de la onda en cuestión. Las ondas Kelvin evolucionan de igual forma a seiches en lagos pequeños, formándose un frente vertical donde las aceleraciones verticales dominan el flujo y excitan ondas tipo solitones pseudo-permanentes. Por el contrario, la evolución de la onda Poincaré está caracterizada por la radiación periódica de su energía hacia otros modos y su posterior restitución al modo original. Finalmente, la dinámica conjunta de las ondas Kelvin y Poincaré explica además, la excitación de ondas de menor escala. Estas características generales fueron también identificadas en el estudio del Lago Constance, cuya dinámica está gobernada por la rotación terrestre y los fenómenos nolineales y nohidrostáticos. Se mostró que la principal onda excitada por el viento es la onda Kelvin, que evoluciona de igual forma a la descrita para la cubeta circular. Adicionalmente, se identificó que la interacción entre ondas Kelvin y Poincaré excita trenes de ondas que atraviesan todo el cuerpo de agua, y que la interacción entre ondas excitadas por el viento permite energizar las ondas topográficas o geostróficas, que no necesariamente son excitadas directamente por el viento. Se concluye que la principal consecuencia de la dinámica nolineal y nohidrostática en lagos estratificados es que rompe con la coherencia espacial en toda la cubeta dada por procesos lineales, de manera que el flujo se caracteriza por la existencia de una serie de fenómenos locales de, por ejemplo, frentes verticales y alta velocidad del flujo. Consecuentemente, los fenómenos nolineales y nohidrostáticos fomentan localmente los procesos de mezcla vertical de la columna de agua, tales como: inestabilidades interfaciales dadas por altas velocidades del flujo y excitación de ondas nohidrostáticas de carácter permanente o cuasi-permanente que rompen al llegar a la orilla. Sin embargo, en términos de disipación de la energía, se postula a raíz de los resultados obtenidos en el lago Constance, que ésta se explica principalmente en la fricción con el fondo, la que responde también a aumentos localizados en la velocidad del flujo.

El presente trabajo de investigación está enfocado en realizar el estudio de las cargas fluctuantes generadas por el movimiento rotacional del conjunto eje-impulsor en un agitador vertical, a partir de los datos obtenidos del estudio fluido-dinámico en régimen transitorio del sistema utilizando simulación numérica. Este estudio se basa en la problemática del movimiento oscilatorio presente en el eje durante la operación del equipo. Para lograr este objetivo, se utilizó la metodología MRF (movil reference frame) utilizada en investigaciones precedentes de sistemas agitados. En primer lugar, los resultados obtenidos a partir del análisis numérico, utilizando el software ANSYS, fueron validados con las pruebas realizadas en el laboratorio. Estas pruebas fueron realizadas con un modelo a escala que cumple con todas las especificaciones técnicas de un análisis dimensional. Las variaciones presentes en el análisis son inferiores al 12% lo que comprueba el correcto trabajo realizado en el sistema numérico. Una vez realizada la validación y el estudio de las cargas dinámicas, se pueden obtener conclusiones que permiten cuantificar efectos pocas veces tomados en cuenta como el comportamiento de las cargas generadas en cada uno de los álabes, este efecto es bastante estable a lo largo del tiempo debido a que cada uno de los álabes aplica esfuerzos cortantes al fluido generando campos turbulentos a lo largo de su recorrido. Por lo tanto, la frecuencia de aplicación de las cargas coincide con la frecuencia del movimiento rotacional del eje. Una vez cuantificado este efecto, se determina que el álabe tiene un factor de seguridad cercano a la unidad cuando se lo verifica utilizando la teoría debido a la fatiga, lo cual exige un mayor análisis y cuidado durante su diseño. Además, se comprueba que el impulsor tiene una frecuencia cuyo valor es exactamente el triple de la frecuencia a la que gira el eje y el comportamiento de sus cargas está relacionado con su número de álabes. A su vez, mediante la verificación del cálculo de la falla debido a la fatiga se demuestra que el sistema está sobredimensionado excesivamente cuando se analiza el eje.
Tesis

Neste trabalho realizou-se a paralelização de um programa de Mecânica dos Fluidos Computacional, baseado no algoritmo SIMPLE, usando a linguagem HPF (High Performance Fortran). O HPF é uma extensão do Fortran 90 que usa o paradigma de programação data parallel, e permite a paralelização para sistemas SMP (Symmetric Multiple Processing) e clusters SMP. As simulações foram realizadas no cluster Bewolf existente na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Este cluster é constituído por 23 processadores Intel PIII (o master com velocidade de processamento de 550 MHz e os restantes 22 com 450 MHz) ligados por uma rede ethernet dedicada. Cada processador possui uma placa de 100 Mbit/s. O HPF mostrou-se uma linguagem de fácil utilização, permitindo uma rápida adaptação de códigos sequenciais para códigos paralelos. Ao contrário de outras técnicas de paralelização, no HPF as comunicações necessárias à execução de um código paralelo são implementadas pelo compilador, pelo que a modificação do nível de paralelização (número de processadores usados) pode ser conseguida por uma simples alteração de um parâmetro no código fonte. Assim, o HPF é uma técnica de paralelização com baixos custos de manutenção, permitindo com grande facilidade a alteração do código para novas situações de cálculo. No entanto, o HPF mostrou-se menos eficiente que por exemplo a técnica de decomposição de domínio usando message passing, não sendo a ferramenta ideal quando o principal objectivo da paralelização é maximizar o desempenho. Em particular, na simulação do escoamento de uma caixa bidimensional com tampa deslizante, obtiveram-se speed-ups de 0.42 para corridas com dois processadores e uma malha de 800 X 800 nós. A maior eficiência obtida no trabalho presente foi de 67% para 2 processadores.

Actualmente, la investigación en el sector energético se encuentra en continuo desarrollo. Asimismo, el número de ingenieros diseñadores de centrales hidroeléctricas aplicables a las condiciones del Perú está en aumento, lo cual se evidencia en la ampliación de nuevos proyectos hidroeléctricos. Sin embargo, solo se ha explotado un 5% del potencial hidroenergético en el país. Por ello, para contribuir con la investigación, la presente tesis propone 3 aspectos a considerar en el plan de diseño de tuberías forzadas en centrales hidroeléctricas de agua fluyente para una etapa de prefactibilidad: un análisis económico de los costos para la optimización del diámetro, un conjunto de simulaciones fluido-dinámicas mediante el uso del software ANSYS, y un predimensionamiento de las estructuras que componen la tubería forzada. El análisis económico de la tubería forzada se centra en definir el diámetro óptimo de diseño mediante dos métodos: el método tradicional (Mosonyi, 1965) y el nuevo método detallado que propone la presente tesis. El primero consiste en una comparación de costos anuales entre las partidas de mantenimiento y costo de energía no vendida. El segundo método consiste en la comparación de costos de inversión de diferentes variables entre los cuales se pueden encontrar los costos de equipamiento hidromecánico, concreto, transporte, excavación, montaje, bajo dimensionamiento y mantenimiento. Estos factores mantienen una relación directa con el diámetro que se le asigne a la conducción a presión por lo que se pueden estimar costos en función a dicho diámetro para establecer el diámetro óptimo. Con respecto a las simulaciones fluido-dinámicas, el software ANSYS permite estudiar los efectos que se presentan frente a disminución del diámetro que solo se había analizado mediante la teoría básica de la mecánica de fluidos. Mencionado estudio brinda una justificación más sólida al análisis económico ya que presente el mismo nivel de precisión que los modelos realizados a escala. En síntesis se podrá corroborar y dar mayor alcance a los criterios empleados en el análisis económico. Después de establecer el diámetro óptimo, se elaboran los diseños de las diferentes estructuras que componen la tubería forzada. Entre ellas se encuentran los machones verticales, bloques de apoyo, juntas de expansión, abrazaderas, anclajes y espesor de la tubería. Se exponen los criterios que se deben tener en cuenta para dimensionar cada una de las partes de la conducción a presión. El diseño es realizado a un nivel de pre-factibilidad, es decir, se omiten los cálculos correspondientes a la ingeniería de detalle, pero se establecen cálculos y consideraciones necesarios para establecer una geometría adecuada.
Tesis

El abordaje experimental se presenta como la primera mejor opción para el estudio de fenómenos físicos complejos. Este es el caso de las vibraciones generadas por flujo bifásico gas-líquido en tubo, donde una mezcla inmiscible de dos fluidos fluye en diversas configuraciones espaciales a través de un tubo induciéndole vibraciones. En la práctica, ese fenómeno es parte intrínseca de muchos procesos en industrias como la nuclear, petróleo y gas, refrigeración y generación de potencia. Instalaciones experimentales debidamente diseñadas para el estudio de este fenómeno son necesarias. Así, se presenta el diseño de un banco experimental para la generación de flujo bifásico gas-líquido orientado al estudio de vibraciones inducidas por flujo. Se discuten aspectos hidráulicos y estructurales. Se propone una novedosa metodología para la estimación de la presión de diseño, basada en un análisis fenomenológico. También se presentan criterios provenientes del código ASME B31 y de la práctica industrial para la evaluación de la integridad del tubo como elemento estructural. La metodología y los criterios citados fueron aplicados al caso de un tubo PVC Ø1” Sch.40 con agua y aire simulando las fases líquida y gaseosa, respectivamente. Con los resultados obtenidos, los parámetros de selección de los equipos de bombeo y de aire comprimido fueron discutidos y un dimensionamiento fue realizado. La evaluación de costos arrojó un monto de S/. 120 371.2 para el valor total del proyecto, donde 12.8% representó la mano de obra para las etapas de diseño y construcción. El presente diseño garantiza la experimentación de flujo bifásico gaslíquido con confiabilidad y seguridad. Sus directrices podrían auxiliar en la concepción, diseño y construcción de bancos experimentales para el estudio de flujo bifásico en diversas condiciones.
Tesis

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Matemática, 2018.
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP-DF).
Neste trabalho estudamos escoamentos de fluidos magnéticos em uma cavidade com paredes móveis. Propomos uma formulação vorticidade-função de corrente para resolver o escoamento e a equação de evolução da magnetização. As equações que regem o escoamento foram discretizadas utilizando o método de diferenças finitas. Identificamos os principais parâmetros físicos adimensionais do problema como o número de Reynolds, coeficiente de pressão magnético, tempo de relaxação magnética, magnetização de saturação e a intensidade adimensional do campo aplicado. O campo magnético é gerado por um fio condutor pelo qual passa uma corrente elétrica permanente. O fluido é considerado fracamente magnetizável e o campo magnético é localmente constante. Desta forma, o limite magnetostático das equações de Maxwell é satisfeito fracamente. Com esta geometria bem conhecida estudamos os efeitos de cada um dos termos da equação da magnetização no escoamento. Vimos que o termo convectivo da equação da magnetização transporta fluido magnético no escoamento causando mudanças na magnetização local do fluido no regime permanente. O termo da vorticidade intensifica os desvios angulares da magnetização e verificou-se que o termo precessional é um termo restaurador da magnetização. A fim de obter escoamentos com distribuições de velocidades e vorticidade mais intensas em toda a cavidade, estudamos várias configurações de paredes móveis na cavidade e observamos mudanças cada vez mais significativas no regime permanente quanto mais paredes se moviam. Observou-se que para altos valores do coeficiente de pressão magnética, os escoamentos na ausência do termo precessional, ou seja, para fluidos magnéticos simétricos, o regime das equações governantes não são mais permanentes estacionários, e sim periódicos. Além disso, o aumento do coeficiente de pressão magnética nos leva a regimes aperiódicos. Finalmente, simulações preliminares com campo homogêneo foram realizadas na tentativa de isolarmos os efeitos do termo de precessão na equação da magnetização e do termo de torque magnético no rotacional da equação de Navier-Stokes.
In this work we studied flows of magnetic fluids in a lid driven cavity. We proposed a vorticity-streamfunction formulation to solve the flow and an evolution equation for the magnetization. The equations governing the flow are solved using a finite differences scheme. We identified the main dimensionless physical parameters of the problem as the Reynolds number, magnetic pressure coefficient, magnetic relaxation time, saturation magnetization and the dimensionless intensity of the applied field. The magnetic field is generated by a conductive wire through which a permanent electric current passes. The fluid is considered weakly magnetizable and the magnetic field is locally constant. In this way, the magnetostatic limit of Maxwell's equations is satisfied weakly. With this well-known geometry we study the effects of each of the terms of the magnetization equation in the flow. We have seen that the convective term of the magnetization equation carries magnetic fluid in the flow causing changes in the local magnetization of the fluid in the steady state. The vorticity term intensifies the angular deviations of magnetization and it has been found that the precessional term is a magnetization restoring term. In order to obtain flows with more intense distributions of velocities and vorticity throughout the cavity, we studied several configurations of moving walls in the cavity and observed more and more significant changes in the permanent regime as more walls moved. It was observed that for high values of the magnetic pressure coefficient, flows in the absence of the precessional term, that is, for symmetrical magnetic fluids, the steady state regime of the flow is not stationary, but periodic. In addition, the increase in the magnetic pressure coefficient leads us to aperiodic regimes. Finally, preliminary simulations with homogeneous field were performed in an attempt to isolate the effects of the precession term on the magnetization equation and the magnetic torque term in the rotational of the Navier-Stokes equation.

Submitted by repositorio repositorio (repositorio@unifei.edu.br) on 2016-03-24T12:49:03Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_aguirre_2015.pdf: 4929164 bytes, checksum: 6aec5d902acf7ef9bb4988033e080b31 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-03-24T12:49:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_aguirre_2015.pdf: 4929164 bytes, checksum: 6aec5d902acf7ef9bb4988033e080b31 (MD5) Previous issue date: 2015-08
Diferentes tipos de ramificações como bifurcações, trifurcações, manifolds etc. são utilizados nos sistemas de adução para transportar agua desde chaminés de equilíbrio o reservatório até as casas de máquinas para abastecer várias turbinas operando ao mesmo tempo. Esse arranjo apresenta pequenos custos de fabricação quando comparados com múltiplos sistemas de adução em paralelo. No entanto essas ramificações podem gerar elevadas perdas de carga. O objetivo deste trabalho é quantificar o coeficiente de perda de carga em função da vazão, empregando a dinâmica de fluidos computacional (CFD), e comparar os resultados obtidos com os disponibilizados na literatura. Para determinar o coeficiente de perda de carga foram analisadas três configurações de malhas: hexaédrica, tetraédrica e híbrida, considerando o escoamento em regime permanente. De acordo com as recomendações da literatura, o modelo de turbulência k-ω é utilizado, com refinamento perto da parede e verificando o y+. Os coeficientes de perda de carga da geometria inicial (ALSTOM®) são comparados com os resultados obtidos para trifurcações com mudanças na geometria e no perfil de velocidades na entrada da trifurcação. Além do coeficiente de perda é comparada a distribuição de vazão para cada ramificação e os efeitos dos vórtices nessas duas variáveis. A análise em regime não permanente foi feita para a vazão de projeto, aplicando um modelo de turbulência hibrido da segunda geração dos Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (2G-URANS), de acordo com a classificação feita por Fröhlich e von Terzi (2008). As variáveis analisadas no regime não permanente são o coeficiente de perda de carga e a distribuição da vazão.

En vista de que estamos escasos en este campo; con escasez de papers, artículos, publicaciones, y que en las bibliotecas se encuentra muy poco, el objetivo de este trabajo es llenar ese vacío, no hay así nomás una tesis de ésta naturaleza, que profundice el estudio analítico de este caso aerodinámico para plasmar físicamente resultados de su análisis y dar respuestas a diversas incógnitas que se generan en el investigador. Este trabajo servirá de ayuda y como medio de consulta para mis amigos, compañeros de promoción, y para enriquecer la fecunda producción de investigaciones en mi amada escuela de INGENIERÍA MECANICA DE FLUIDOS, de la Facultad de Ciencias Físicas y para el enriquecimiento de nuestra querida Universidad es que me permito desarrollar este método que puede servir para el curso de aerodinámica de otras universidades.
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Submitted by Marcele Costal de Castro (costalcastro@gmail.com) on 2017-10-02T18:52:31Z No. of bitstreams: 1 MARIA DE LOURDES MOREIRA D.pdf: 4773162 bytes, checksum: 90bb2f987ab9829326900be6d8a6e70e (MD5)
Made available in DSpace on 2017-10-02T18:52:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARIA DE LOURDES MOREIRA D.pdf: 4773162 bytes, checksum: 90bb2f987ab9829326900be6d8a6e70e (MD5) Previous issue date: 1998-09
É apresentada uma nova formulação, usando a técnica de elementos finitos, para escoamentos viscosos compressíveis e/ou quase-incompressíveis. A formulação combina as seguintes variáveis dependentes conservativas e não-conservativas: velocidade mássica (densidade*velocidade), energia interna e pressão. A principal característica do método é a derivação de uma equação discretizada para a pressão, onde as contribuições para a pressão provenientes dos balanços de massa, quantidade de movimento e energia são tomadas implicitamente na discretização temporal. Exemplos numéricos abrangendo uma larga faixa de número de Mach demonstram a robustez e versatilidade do novo método.
A new finite element formulation designed for both compressible and nearly incompressible viscous flows is presented. The formulation combines conservative and non-conservative dependent variables, namely, the mass-velocity (density*velocity), internal energy and pressure. The central feature of the method is the derivation of a discretised equation for pressure, where pressure contributions arising from the mass, momentum and energy balances are taken implicitly in the time discretisation. Numerical examples, covering a wide range of Mach number, demonstrate the robustness and versatility of the new method.

Se estudian los frentes químicos debido a reacción-difución descritos por la ecuación Kuramoto-Sivashinsky en un fluido de Poiseuille en un tubo. Se estudian las diferentes soluciones del frente variando el ancho del tubo y la velocidad media del flujo. Además se analizan las transiciones del frente plano a uno impar, y luego entre frentes pares e impares variando la velocidad media del flujo. Finalmente se analiza la transición al caos y los efectos del flujo en la transición.

Las válvulas mariposa son componentes muy utilizados para el transporte de fluidos a través de tuberías. Dentro de estas válvulas, destacan las válvulas mariposas de doble excentricidad por tener ciertas ventajas como por ejemplo la reducción del desgaste de su sellado en comparación con las válvulas mariposas clásicas. Sin embargo, su asimetría origina un comportamiento más crítico en cuanto a las características hidráulicas del flujo, como son: la pérdida de carga, la distorsión del perfil de velocidades y el riesgo a la cavitación. Como es usual utilizar estas válvulas para control on-off de flujos, se desean bajas pérdidas de carga en su posición totalmente abierta. Cuando estas válvulas se sitúan directamente en el ingreso de turbomáquinas, es importante conocer el grado de distorsión del perfil de velocidades que entra en la máquina ya que ésto modifica los ángulos de ataque del flujo con los álabes y con ello el punto de operación. Y si se opera con presiones bajas también se debe considerar el riesgo de cavitación en partes de la válvula donde se eleve localmente la velocidad. Son estas tres características las que se estudiarán en una válvula mariposa previamente diseñada en la PUCP, con el fin de mejorar la geometría original y con ello su comportamiento hidráulico. Idealmente, se deben realizar ensayos experimentales para conocer el comportamiento hidráulico, pero estos métodos generalmente resultan muy costosos. Una alternativa utilizada hoy en día para la optimización de productos es el estudio computacional CFD (Computational Fluid Dynamics) el cual tiene ciertas ventajas, ya que entrega la información de todos los puntos del dominio y permite realizar cambios en la geometría o en el flujo de forma rápida y menos costosa. En el presente trabajo se realiza el análisis CFD de una válvula mariposa de doble excentricidad con un diámetro nominal de 610mm, en posición completamente abierta con un caudal aproximado de agua de 1 m3/s a 10ºC lo que implica una velocidad media en la tubería de aproximadamente 3.5 m/s. Para ello se utilizó el programa ANSYS CFX 14.0 y se empleó el modelo de turbulencia SST. Luego, se realizó una modificación del diseño original para obtener un diseño alternativo el cual es incluso un 2% más ligero. Lo más importante fue que se consiguió una reducción del 38.3% del coeficiente de pérdidas del diseño original y se aumentó un 40.4% la resistencia a la cavitación del diseño original. Sin embargo, al igual que en el diseño original, el flujo recién comienza a recuperar la forma que tenía antes de ingresar a la válvula después de 14 diámetros nominales aguas abajo de la misma.
Butterfly valves are components used for the transport of fluids through pipes. Among these valves, double eccentric butterfly valves have certain advantages, for example the reduction of wear in the sealing system compared to classic butterfly valves. However, its asymmetry originates some problems in the hydraulic characteristics of the flow such as: pressure loss, distortion of the velocity profile and the risk of cavitation. It is usual to use these valves in the control on-off of flows and because of that, minimum losses are desired when the valves are fully opened. When these valves are located directly at the inlet of turbomachinery, it is important to know the degree of distortion of the velocity profile that enters the machine because this can modify the angles of attack of the flow with the blades and thus the point of operation. And if the valve operates with low pressures, it will be necessary to study the risk of cavitation in the regions of the flow with high velocities. These three characteristics are going to be studied in a butterfly valve previously designed at PUCP, in order to improve the original geometry and its hydraulic behavior. Ideally, experimental methods are required in order to know the hydraulic behaviour, but these methods are usually very expensive. An alternative used today for the optimization of products is the computational study CFD (Computational Fluid Dynamics), which has certain advantages, since it gives information of all the points of the domain and allows the researcher to make fast and inexpensive changes in geometry or flow conditions. In this work, a CFD analysis of a double eccentric butterfly valve is done. The nominal diameter of the valve was 610mm and the valve was fully opened. Its nominal flow was approximately 1 m3/s of water at 10 °C which implied a mean velocity of the flow of 3.5 m/s. The CFD simulation was done using ANSYS CFX 14.0 and the SST turbulence model was used. Then, a modification of the original design was made in order to obtain an alternative design which was 2% lighter. The most important achievement was that the alternative design had a reduction of 38.3% of the loss coefficient of the original design and had an increased of 40.4% of the cavitation resistance of the original design. However, the same as the original design, the flow started to achieve a uniform velocity profile after 14 nominal diameters, downstream of the valve.
Tesis

Desde a década de 70, há um crescente interesse em simulações em computador de fenômenos físicos visto sua diversidade de aplicações. Dentre esses fenômenos, podem ser destacados a interação entre corpos rígidos, elásticos, plásticos, quebráveis e também fluidos. Neste trabalho realizamos a simulação de um desses fenômenos, o escoamento de fluidos, por um método conhecido como Smoothed Particles Hydrodynamics, uma abordagem lagrangeana baseada em partículas para resolução das equações que modelam o movimento do fluido. Várias são as vantagens de métodos lagrangeanos usando partículas sobre os que usam malhas, por exemplo, as propriedades do material transladam com as partículas como função do tempo, além da capacidade de lidar com grandes deformações. Dentre as desvantagem, destacamos uma deficiência relacionada ao ganho de energia total do sistema e estabilidade das partículas. Para lidar com isso, utilizamos uma abordagem baseada na lei da conservação da energia: em um sistema isolado a energia total se mantém constante e ela não pode ser criada ou destruida. Dessa forma, alterando o integrador temporal nós restringimos o aumento arbitrário de energia, tornando a simulação mais tolerante às condições iniciais
Since the late 70s, there is a growing interest in physically-based simulations due to its increasing range of application. Among these simulations, we may highlight interaction between rigid, elastic, plastic and breakable bodies and also fluids. In this work, one of these phenomena, fluid flow, is simulated using a technique known as Smoothed Particle Hydrodynamics, a meshless lagrangean method that solves the equations of the flow behavior of fluids. There are several advantages of meshless methods over mesh-based methods, for instance, the material properties are translated along with particles as a function of time and the ability to handle arbitrary deformations. Among the disadvantages, we may highlight a problem related to the gain of energy by the system and stability issues. In order to handle this, we used an approach based on the law of conservation of energy: in an isolated system the total energy remains constant and cannot be created or destroyed. Based on this, we used a technique that bounds the total energy and the simulation becomes less sensitive to initial conditions

O movimento da água em solos não saturados (zona vadosa) pode ser descrito pela equação de Richards, obtida pela combinação da equação de conservação de massa e da lei de Darcy-Buckingham. Usualmente essa equação é representada sob três formas básicas: h - baseada na carga de pressão, θ - baseada na umidade volumétrica e mista - baseada na combinação das duas variáveis. Essas equações são matematicamente equivalentes; porém, em geral, suas aproximações numéricas podem levar a resultados bastante diferentes. Neste trabalho foram validados e comparados modelos numéricos, implementados em um código computacional na linguagem C, para a aproximação da equação de Richards, nas suas três formas, em uma dimensão. Para isso, empregou-se o método de diferenças finitas centrado no espaço e atrasado no tempo. Visando melhorar a conservação de massa dos modelos utilizados e o tempo de execução do programa, principalmente em problemas que apresentam mudanças bruscas nas condições de contorno e/ou camadas estratificadas, foram também implementadas três estratégias para a escolha do passo de tempo, assim como técnicas para aproximar as não-linearidades nos pontos intermediários da malha computacional e naqueles situados nas interfaces das camadas. A validação dos modelos acima se deu através da comparação das soluções aproximadas com a solução semi-analítica de Philip e a totalmente analítica de Srivastava e Yeh para colunas de solos homogêneas e estratificadas. A partir de dados disponíveis na literatura avaliou-se também a precisão e a eficiência das metodologias estudadas nas: i) aproximações da condutividade e da capacidade hidráulica e ii) na aplicação das estratégias de passo de tempo, quanto à precisão dos resultados simulados, à conservação de massa e ao tempo de execução do programa. De acordo com o desempenho das metodologias analisadas foram apontadas as melhores opções para a solução de cada problema, indicando-se assim alternativas na implementação de modelos numéricos para o escoamento da água na zona vadosa.

Neste trabalho desenvolvemos um algoritmo para a geração de malhas quadtree com o objetivo de utilizá-las na simulação de escoamento de fluidos, onde muitas vezes faz-se necessário o uso de malhas finas. A idéia central da geração das malhas quadtree está baseada na estrutura de árvore quaternária em que cada nodo possui quatro filhos. Assim uma estrutura de árvore está associada a uma malha que pode ter espaçamento uniforme ou refinamento em regiões específicas. Para evitar problemas de discretização, uma malha quadtree deve satisfazer um critério chamado de balanceamento e este é tratado de forma detalhada no desenvolvimento do trabalho. Podemos destacar também outro ponto importantíssimo na implementação de malhas quadtree, que é a busca de vizinhos dos nodos. Além disso apresentamos a discretização dos operadores em diferenças finitas, que é feita a partir do conhecimento dos vizinhos dos quadrantes da malha e de técnicas de interpolação. A ordem do método é verificada a partir de testes com a equação do calor, tanto para malhas uniformes quanto para malhas com níveis de refinamento diferenciados e concluímos, assim, que o método desenvolvido e apresentado é satisfatório.
In this work we developed an algorithm to generate meshes quadtree in order to use them to simulate uid ow, which often makes it necessary to use ne meshes. The central idea of the generation of quadtree meshes is based on the quaternary structure of the tree, where each node has four children, and thus a tree structure is associated with a mesh that can be evenly or locally re ned. To avoid problems of discretization, a quadtree mesh must satisfy a criterion called the balancing and this is addressed in detail in the development of this work. We also highlight another important point in the implementation of quadtree meshes, which is the search for neighboring nodes. Additionally, we present the nite di erences discretization of operators, which uses the knowledge of the mesh quadrant neighboors and interpolation techniques. The order of the method is checked by tests with the heat equation for both uniform meshes and for meshes with di erent levels of re nement and we conclude that method here presented is satisfactory.

Este trabalho consiste na aplicação de métodos de otimização e de dinâmica dos fluidos computacional a turbinas eólicas. O grande crescimento no mercado de energias renováveis exige que turbinas cada vez mais potentes sejam criadas e que o projeto e análise destas seja cada vez mais preciso. A presente dissertação tem como objetivos a otimização um aerofólio para turbinas eólicas, a simulação de um aerofólio de uma turbina eólica com alto ângulo de ataque e a simulação de uma turbina tridimensional. A otimização de aerofólios foi feita com simulações bidimensionais permanentes, utilizando as equações médias de Reynolds e o modelo de turbulência de Spalart-Allmaras, com algoritmos genéticos acoplados a redes neurais artificiais. O cálculo de um aerofólio com alto ângulo de ataque foi feito utilizando simulações de grandes escalas com o modelo dinâmico de Smagorinsky. As simulações de uma turbina tridimensional foram feitas empregando as equações médias de Reynolds em forma permanente, com um termo adicional representando as forças de Coriolis, também com o modelo de turbulência de Spalart-Allmaras. Da primeira etapa pode-se concluir que as simulações bidimensionais permanentes são muito precisas para o aerofólio de referência, com boa concordância nos coeficientes de arrasto, sustentação e pressão. Os algoritmos genéticos geraram bons resultados, com cerca de 8% de aumento da razão sustentação/arrasto e com aproximadamente 50% de economia no tempo computacional ao se utilizar redes neurais artificiais. Na segunda etapa, o cálculo de um aerofólio com alto ângulo de ataque demonstrou necessidade de simulações tridimensionais transientes, pela alta variação dos coeficientes aerodinâmicos ao longo do tempo e alta tridimensionalidade da esteira. Na última etapa, a simulação de uma turbina tridimensional mostrou resultados muito próximos dos experimentais. Muita atenção foi dada na discretização deste caso, chegando a uma malha com 700 mil elementos, enquanto outros autores utilizaram de 3 a 38 milhões de elementos para o mesmo caso.
The present work consists in the application of optimization methods and computational fluid dynamics to wind turbines. The massive growth in renewable energies demands more powerful turbines and more accuracy in their design and analysis. This work has three objectives: optimization of an airfoil for wind turbines, simulation of a wind turbine airfoil in deep stall, and simulation of a three-dimensional wind turbine. The airfoil optimization is accomplished by means of two-dimensional steady-state Reynolds averaged Navier-Stokes simulations with the Spalart-Allmaras turbulence model, with genetic algorithms coupled with artificial neural networks. The airfoil in deep stall is calculated with unsteady three-dimensional Large Eddy Simulations with the dynamic Smagorinsky model. The simulation of a wind turbine is also done by means of the Reynolds averaged Navier-Stokes equations, with an additional term to take the Coriolis forces into account, and the Spalart-Allmaras turbulence model. In the first application, it can be confirmed that the two-dimensional steady state simulations are very accurate for the reference airfoil, with good agreement for drag, lift, and pressure coefficients. Genetic algorithms improved the lift-to-drag ratio about 8%, with a 50% decrease in computational time when using artificial neural networks. For the second application, the airfoil with a high angle of attack showed that transient three-dimensional simulations were indeed required, with a high variation of aerodynamic coefficient as a function of time and the highly three-dimensional wake. In the final part, the three-dimensional wind turbine showed very good agreement with experimental results. A great deal of attention was devoted to the creation of the grid and a mesh with only 700 thousand elements was achieved, while other authors used from 3 to 38 million elements for the same case.

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Presenta las herramientas necesarias para evaluar hidráulicamente el nuevo sistema de bombeo ubicado en la Planta Yanacocha Norte (PYN). Dentro de los objetivos específicos se destaca los siguientes: el dimensionamiento de la capacidad del tanque (norma API 650), la configuración de la geometría del tanque, definir las características de las bombas: caudal, ADT de la instalación (TDH), tipo, potencia y NPSH disponible, seleccionar el sistema de tuberías (material, diámetro y espesor) y verificar que las velocidades del flujo en las tuberías de los sistemas se ajusten a los límites de velocidad establecidos en los criterios de diseño de tuberías de MYSRL, y calcular las presiones máximas y mínimas en las tuberías de impulsión que se ocasionan a causa del fenómeno de golpe de ariete el cual a su vez se ha producido por un corte intempestivo del suministro eléctrico, seguido a esto se utilizará para el alivio de presión una válvula anticipadora de onda.
Trabajo de suficiencia profesional

Ingeniero Civil Mecánico
El trabajo trata sobre el estudio de aneurismas cerebrales, siendo éste un punto o área débil en la pared de un vaso sanguíneo que se estira y/o abulta, formando una estructura con forma de saco o burbuja con una pared adelgazada que puede romperse y causar una hemorragia. El objetivo de este trabajo es realizar un estudio de las condiciones de borde en un modelo geométrico CAD de aneurisma cerebral mediante simulaciones CFD comparando los resultados de los casos simulados. Las condiciones de borde consideradas para el estudio son perfiles de velocidad parabólico y de Womersley, para la entrada y condiciones de presión, para la salida: atmosférica, constante, pulsante y modelo de Windkessel las cuales se ajustan a condiciones fisiológicas. Las simulaciones se realizaron en el software ANSYS 17.0 variando las condiciones de borde, realizando 8 casos No-Newtonianos y 1 caso Newtoniano. La simulación muestra que el comportamiento fluido dinámico se ajusta a lo reportado en la literatura, obteniéndose bajos esfuerzos de corte en la pared (WSS) del domo del aneurisma, siendo estos un orden de magnitud menor que en la pared arterial. Se obtienen WSS altos en la zona del cuello del aneurisma, siendo los esfuerzos en el domo un 98% menor que en el cuello. La magnitud de la velocidad es menor en el aneurisma registrándose una velocidad entre 54-68% menor en la parte superior del domo con respecto a la entrada del aneurisma. Las diferencias entre los casos simulados presentan diferencias menores al 3% en velocidad y diferencias menores al 10% para los WSS. El valor de Oscillatory Shear Index (OSI) muestra diferencias en su mayoría entre un 0-5% con respecto al caso base. Por su parte, la presión muestra diferencias altas debido a que el gradiente depende de la condición de salida, obteniéndose diferencias promedio de 85%, 28% y <2%, para los casos de presiones atmosférica, constante y pulsante, respectivamente al comparar con el modelo de Windkessel. Se concluye que las variables de velocidad, WSS y el OSI están dominadas por la velocidad de entrada. Las pequeñas diferencias obtenidas en estas variables indican que es posible simplificar el modelo en cuánto a la condición de presión, pudiendo usar cualquiera de las 4 utilizadas, recomendando usar la mas simple para así reducir el tiempo requerido para mediciones y análisis geométrico, reduciendo el tiempo total de análisis médicos.

En este trabajo de investigación se desarrollaron simulaciones numéricas de Dinámica Molecular a fin de estudiar los efectos repulsivos y atractivos del potencial de interacción entre moléculas sobre el diagrama de coexistencia líquido-vapor y las propiedades criticas de fluidos modelo. Las interacciones moleculares introducen un parámetro de forma llamado suavidad, el cual toma en cuenta la forma del potencial en su parte repulsiva y atractiva.

Neste trabalho, são apresentados a discussão de conceitos fundamentais, a metodologia e os resultados de simulações numéricas baseadas no Método de Volumes Finitos do escoamento de ar sobre algumas opções de configurações de turbinas eólicas do tipo Savonius, com e sem estatores, em operação e, também, em condições estáticas, como as encontradas nas partidas das mesmas. Comparam-se os resultados para diferentes domínios computacionais, bem como alternativas de discretização espacial e temporal, visando apresentar a influência desses sobre os valores obtidos e estabelecer os parâmetros computacionais adequados para a análise das turbinas em estudo. Nas simulações numéricas, desenvolvidas empregando o programa comercial Star-CCM+, a equação da continuidade e as equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds são resolvidas, juntamente com as equações de um modelo de turbulência adequado, que é escolhido, para a obtenção dos campos de pressão e de velocidade do escoamento. Emprega-se um domínio contendo uma região com malha móvel, na qual o rotor é inserido. A cada simulação, a velocidade angular da região de malha móvel é especificada de maneira a variar a razão de velocidade de ponta do rotor. Através da integração das forças ocasionadas devido aos gradientes de pressão e das forças originadas pelo atrito viscoso sobre as pás do rotor eólico, obtém-se o coeficiente de torque em cada simulação. O torque e as forças atuantes no rotor também são obtidos de forma semelhante. Com esses dados, outros parâmetros como a potência e o coeficiente de potência são obtidos. Análises dos principais parâmetros de desempenho do rotor Savonius são realizadas e indicam uma boa concordância com resultados experimentais e de simulações numéricas realizadas por outros autores. Os resultados obtidos nas simulações apresentaram-se bastante representativos do fenômeno analisado.
This research work presents a discussion of basic concepts, the methodology and the results of numerical simulations based on Finite Volume Method for the air flow through some configuration options of the Savonius wind turbines, with and without stators, in operation, and also under static conditions, such as those found in the self starting. Results for different computational domains, as well as alternative spatial and temporal discretization are compared, in order to present the influence of these on the obtained values from the computational analysis of the turbines in study. In the numerical simulations, performed using the commercial software Star-CCM+, the equation of continuity and the Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations were solved, together with the equations of a turbulence model appropriate, which is chosen, so that the fields of pressure and velocity could be found. It was used, in the calculations, a domain containing a region with a moving mesh, in which the rotor was inserted. In each simulation, the rotational rate of the moving mesh region was specified so as to vary the tip speed ratio of rotor. Through the integration of the forces arising due to the pressure gradients and the forces originated from the viscous friction on the wind rotor blades, the moment coefficient could be obtained in each simulation. The moment and forces acting on the rotor were also obtained similarly. With these data, other parameters such as the power and the power coefficient of the wind rotor could be obtained. Analysis of the principals performance parameters of the Savonius wind rotor were performed and indicated a good agreement with experimental results and numerical simulations performed by other authors. The simulations results are quite representative of the phenomenon analyzed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2010
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Este trabalho aborda a simulação de fluidos através de estruturas tubulares arbitrárias. O fluido é simulado através do método baseado em partículas denominado Smoothed Particle Hydrodynamics, enquanto que a estrutura tubular pode ser representada por uma malha de triângulos simples. Este cenário de simulação é utilizado tanto em ferramentas de apoio ao especialista como programas de CAD e simulações cirúrgicas quanto em jogos e na indústria de efeitos especiais, onde o efeito visual é mais importante do que a física. Existe um equilíbrio entre a fidelidade da simulação ao fenômeno físico correspondente e a resposta visual e interatividade com o usuário. O modelo apresentado neste trabalho visa oferecer um ambiente que permita simulações interativas visualmente atraentes em um cenário potencialmente complexo, onde o líquido e a estrutura são representados por milhares de entidades. A interação entre a estrutura e o fluido é simplificada em uma força que utiliza o Eixo Médio Aproximado para guiar as partículas, que são coloridas de acordo com grandezas físicas como velocidade e pressão.

El análisis de flexibilidad es una de las disciplinas del diseño de sistemas de tuberías, se realiza en la etapa final de diseño y comprende principios de concentración de esfuerzos, expansiones térmicas y deformaciones elásticas. Este análisis es crítico en aplicaciones donde el fluido a transportar trabaja a condiciones extremas, como plantas térmicas y generadoras de energía, donde el sistema está sometido a altos gradientes de temperatura que conllevan a la generación de tensiones debido a expansiones o contracciones térmicas. El análisis teórico es de carácter limitativo debido el comportamiento aleatorio del sistema frente a ciertas condiciones de trabajo Por esta razón, los diseñadores optan por la utilización de softwares de análisis como CAEPIPE, CEASAR II, ANSYS, entre otros. Estas herramientas ofrecen resultados confiables; sin embargo, son vistos como “cajas negras”, donde el usuario manipula las variables de entrada. La teoría detrás de estas herramientas de cálculo, muchas veces, son ignoradas por los usuarios. Este trabajo apunta a desarrollar los principios teóricos utilizados para realizar este tipo de análisis, ofrecer herramientas de cálculo sencillas para analistas e investigadores independientes sin acceso a softwares de diseño y mostrar elementos de alivio de tensiones ofrecidos en el mercado actual. La estructura de la trabajo consiste en cuatro capítulos, donde se desarrollarán los principios teóricos básicos de la generación de esfuerzos; el desarrollo de la metodología de diseño de los códigos según ASME; tipos, principios de funcionamiento y criterios de selección de soluciones constructivas para aliviar las tensiones generadas; y, finalmente, el desarrollo de un ejemplo de cálculo que ponga en práctica los conceptos vertidos en los capítulos anteriores, así como, la presentación de casos comunes que complementen las nociones básicas para brindar flexibilidad a sistemas de tuberías.
Tesis

Los sistemas de reacción-difusión permiten la formación de estructuras debido a las distintas difusividades de substancias químicas. Uno de estos sistemas es el de activador-inhibidor presentado en el modelo del Brusselador. En el caso en que este sistema se encuentre en un fluido, requerirá de términos de advección que representan el fenómeno de transporte ocasionado por la velocidad del fluido. Cuando el flujo presenta un esfuerzo de corte, las difusividades efectivas de cada substancia son modificadas, permitiendo invertir las condiciones de estabilidad que permiten la formación de patrones (Vásquez, 2004). En este trabajo se analiza la formación de patrones debido a la advección de un flujo cortante. A través de un flujo de Poiseuille, donde la velocidad tiene dependencia espacial transversal (forma parabólica), se pude violar la condición de formación de patrones de Turing (Vásquez, 2004). Para poder expandir esta investigación y analizar el efecto de un flujo generado por un vórtice, primero se analizará el movimiento caótico generado por vórtices y se caracterizarán diferentes patrones generados por distintos flujos cortantes
Trabajo de investigación

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2017-06-19T15:00:49Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Felipe Domingos Dias Fernandes - 2017.pdf: 7804478 bytes, checksum: aa711af253579958e7c68f244256ed79 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG
This master's thesis aims at use a computational fluid dynamics (CFD) under an educational perspective, targeting disciplines of fluid mechanics and transport phenomena in the initial series of engineering and physics courses. In this thesis are presented the construction techniques and modeling of flows to be used in an educational perspective at Andragogic Theory of Knowles and the Theory of Meaningful Learning of David Ausubel, major educational theories applied during this research. The importance on basic formation is widely supported by the literature, however, is proposing to work the computer simulation so not only statement, but inserting the students as directly responsible for analysing and encoding data and results of simulations. The students will be able to view the physical event, establishing an relationship between the mathematical prediction of the system equations and analised phenomenon. The educational product developed in this work is an interface for manipulation and control of the OpenFOAM, a opensource software. The educational product developed in this work is a manipulation and control interface opensource software OpenFOAM. Its purpose is to avoid the student responsibility for direct manipulation and editing source code and the typical complex scripts of control of this program. In this essay are included the basics in fluid mechanics and mathematical and computational modeling of fluid dynamics, along with an entire functional structure of the J.A.R.V.E.S. interface, this being the main reason for this work.
Esta dissertação tem por objetivo a utilização da dinâmica de fluidos computacional sob uma perspectiva educacional, tendo como alvo as disciplinas de mecânica dos fluidos e fenômenos de transporte, nas séries iniciais de cursos de engenharia e física. Nesta dissertação são apresentadas as técnicas de construção e modelagem de escoamentos a serem utilizadas sob uma perspectiva educacional, conforme a Teoria Andragógica de Knowles e da Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel, principais teorias educacionais aplicadas durante esta pesquisa. Sua importância na formação de base é amplamente corroborada pela literatura, diante disto propõe-se trabalhar a simulação computacional de modo não somente demonstrativo, mas que coloque o discente como agente diretamente responsável por manipular e codificar dados e resultados das simulações propostas. Com ela o discente conseguirá visualizar o fenômeno físico, estabelecendo uma relação entre e predição matemática das equações do sistema e o fenômeno analisado. O produto educacional desenvolvido neste trabalho é uma interface de manipulação e controle do software opensource OpenFOAM. Seu propósito é de eximir do discente a responsabilidade pela edição e manipulação direta do código-fonte e dos complexos scripts de controle típicos desse programa. Nesta dissertação estão inclusos os fundamentos básicos em mecânica dos fluidos e da modelagem matemática e computacional da dinâmica dos fluidos, juntamente com toda a estrutura funcional da interface J.A.R.V.E.S., sendo este o principal motivo do presente trabalho.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor
Analiza el comportamiento del fenómeno de cavitación, basándose en los conceptos de la mecánica de fluidos, haciendo uso de la dinámica de fluidos computacional y utilizando la herramienta de simulación ANSYS CFX, tendremos una visión mucho más amplia del fenómeno. La metodología realizada en este estudio podrá ser tomada como una referencia para posteriores trabajos de optimización y diseño en turbinas Francis o implementaciones de estas en centrales hidroeléctricas.
Tesis

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica
Esta tesis comprende el estudio matemático de las ecuaciones de Capa Límite mediante series de Fourier. Las ecuaciones de Capa Límite son una simplificación de las ecuaciones de Navier-Stokes, el carácter elíptico de las ecuaciones de Navier-Stokes es eliminado mediante una aproximación en términos del número de Reynolds, de esta forma las ecuaciones toman un carácter parabólico lo que permite resolverlas avanzando con la integración en la dirección del flujo sin necesidad de retroceder en la integración numérica, esto lleva consigo la simplificación del algoritmo de resolución y ahorro de tiempo de cálculo. Las ecuaciones de Capa Límite fueron introducidas por primera vez por L. Prandtl en 1904 y desde entonces son ocupadas extensamente por investigadores e ingenieros, debido principalmente a su simplicidad y buenos resultados que entregan, además, por su forma simplificada respecto de las ecuaciones de Navier-Stokes, las ecuaciones de Capa Límite permiten obtener una visión conceptual clara de los fenómenos que son descritos mediante éstas ecuaciones. En muchos flujos de interés en ingeniería como por ejemplo: chorros, plumas, flujos en canales a superficie libre, transferencia de calor y masa en una placa plana, pueden ser aplicadas las ecuaciones de Capa Límite y estas entregan resultados que andan en muy buen acuerdo con los resultados obtenidos con las ecuaciones completas de Navier-Stokes. En este trabajo se resuelven problemas del tipo Capa Límite como los mencionados anteriormente, mediante el uso de Series de Fourier. De esta forma, se construyó un algoritmo en el cual las únicas variables de entrada sean los perfiles iniciales de velocidad, temperatura, concentración, etc. El método consiste esencialmente en transformar las ecuaciones de la capa límite en un set infinito de ecuaciones diferenciales ordinarias en la variable x mediante las Series de Fourier. Entonces se toma como aproximación del continuo, un número N de las ecuaciones anteriores y se resuelven por medio de los métodos estándar de resolución de ecuaciones diferenciales ordinarias. El número N de ecuaciones diferenciales ordinarias consideradas es tal que la solución no difiera de la solución con N-1 ecuaciones. Esta Tesis muestra que el método propuesto es una eficiente alternativa para el estudio de las ecuaciones de Capa Límite, donde los resultados numéricos entregados por esta metodología compiten bastante bien con los métodos clásicos establecidos como diferencias finitas el método de disparo y elementos finitos. Este trabajo dio como fruto la publicación de varios artículos en revistas especializadas en transferencia de calor y matemáticas aplicadas.

O acúmulo de gelo nas superfícies é uma preocupação, pois pode causar deterioração considerável na performance aerodinâmica e no controle da aeronave, comprometendo a segurança da mesma. A forma e localização do gelo dependem das condições meteorológicas e de fatores específicos do avião. A operação segura de aeronaves em condição de gelo requer o uso de sistemas de proteção contra gelo que são tipicamente instalados nas superfícies aerodinâmicas críticas como asas, empenagem e entrada do motor. Para prevenir a formação do gelo, geralmente, os sistemas de degelo usam meios mecânicos ou térmicos enquanto que sistemas de antigelo utilizam fontes térmicas. O estudo para o conhecimento do fenômeno físico da formação de gelo e possíveis soluções para o mesmo, pode ser feito através de técnicas experimentais e também através de modelos computacionais. Em se tratando deste último, a resolução de problemas de escoamentos pode ser feito através da dinâmica dos fluidos computacional, do inglês CFD Computational Fluid Dynamics. Os benefícios do método estão na possibilidade de se modelar os fenômenos físicos fluidos que não podem ser facilmente simulados ou medidos com um experimento e também a possibiliade de se investigar o problema de forma mais rápida do que com os procedimentos experimentais, reduzindo os custos de projeto. Neste contexto o objetivo do presente trabalho é estudar o fenômeno físico de um sistema de proteção contra gelo com ar quente para assim obter a temperatura na superfície de um perfil com um tubo piccolo via mecânica dos fluidos computacional e estudar a viabilidade de adaptação de malha sem considerar a presença de camadas de prisma na superfície. Os resultados da simulação com a malha refinada apresentam boa concordância com os resultados experimentais, o que demonstra a confiabilidade dos modelos computacionais. O critério de adaptação de malha empregado neste trabalho, e especificamente para as condições aqui simuladas, não se mostrou favorável para a resolução do problema.

Este trabajo de iniciación científica consiste en el análisis fluidodinámico sobre un perfil NACA 0012 utilizando simulación numérica, específicamente la técnica de los volúmenes finitos. Se busca con esto determinar características como campo de velocidades, presión, temperatura, etc., en diferentes condiciones. El presente trabajo, propone la solución numérica de las ecuaciones que gobiernan un flujo de fluidos a través de una metodología similar a la metodología CVFEM (Control Volume Based Finite Element Method). Para la obtención de la solución segregada de las ecuaciones de conservación de la cantidad de movimiento y de la ecuación de conservación de masa que genera el problema de acoplamiento Presión – Velocidad. Para tratar este acoplamiento se usó el método SIMPLE. Para obtener los volúmenes de control elementales a partir de una malla No – Estructurada se dispone del método de las mediatrices, donde los volúmenes son generados a partir de una triangulación. Estos volúmenes son denominados volúmenes o diagramas de Voronoi. Para implementar todos los aspectos numéricos citados anteriormente se desarrollaron tres programas computacionales: THAYA-10X, es un programa que no solo me permite analizar un perfil NACA sino cualquier objeto, trabajando de esta manera como un túnel de viento virtual; PHITA-10X, es un programa desarrollado para generar mallas No - Estructuradas mediante los diagramas de Voronoi; RUPAY-10X, programa que me simula la conducción de calor en estado transitorio. Para finalizar se llevó a cabo un exhaustivo proceso de validación de los resultados frente a valores experimentales, teóricos y numéricos.
Tesis

Surface tension driven convection affects the propagation of chemical reaction fronts in liquids. The changes in surface tension across the front generate this type of convection. The resulting fluid motion increases the speed and changes the shape of fronts as observed in the iodate-arsenous acid reaction. We calculate these effects using a thin front approximation, where the reaction front is modeled by an abrupt discontinuity between reacted and unreacted substances. We analyze the propagation of reaction fronts of small curvature. In this case the front propagation equation becomes the deterministic Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) equation with the addition of fluid flow. These results are compared to calculations based on a set of reaction-diffusion-convection equations.
Tesis

La convección es el proceso en el que los fluidos menos densos se elevan sobre otros más densos. Se encuentra presente en fenómenos naturales tan diversos como el almacenamiento natural de CO2, la propagación de ondas viajeras, y la formación de columnas de basalto. Por lo tanto, determinar las condiciones bajo las que se produce convección representa un desafío importante. La convección puede originarse por gradientes de densidad debidos a expansión térmica o a cambios de composición en los fluidos. Modelos anteriores y experimentos realizados en la reacción de iodatoácido arsenioso determinaron que los gradientes del primer tipo producen efectos insignificantes en comparación con los del segundo. Desarrollamos un modelo no-lineal para la propagación de frentes de reacción delgados en reacciones autocatalíticas que ocurren en un sistema bidimensional. Empleamos una ecuación de calor (adveccióndifusión) para determinar la distribución de temperaturas en el sistema, la ley de Darcy para determinar la velocidad de los fluidos, y la relación eikonal para describir la propagación de los frentes. Los efectos térmicos del modelo dan lugar a frentes planos, no-axisimétricos, y axisimétricos. Sometemos la solución de frente plano de nuestro sistema a un análisis lineal de estabilidad. Para ello introducimos perturbaciones pequeñas, obteniendo así un sistema lineal de ecuaciones para la evolución de dichas perturbaciones. Mediante este análisis determinamos las condiciones para el desarrollo de frentes convectivos. Resumimos estos resultados en el plano generado por nuestros parámetros de control — los números de Rayleigh — y sugerimos posibles usos para este modelo.
Tesis

Ingeniero Civil
En la región altiplánica de la Cordillera de los Andes existen lagunas someras de algunos centímetros de profundidad denominadas salares; grandes extensiones de agua salada acotadas por una cáscara de sal en sus extremos como resultado de las altas tasas de evaporación. Diversas investigaciones han demostrado que la temperatura del agua puede variar en 20-30 °C en el día y que los sedimentos cumplen la función de reservorios, reteniendo calor durante el día y liberándolo en la noche, reduciendo de esta manera la oscilación termal diaria. La situación es determinada por procesos ocurrentes a ambos lados de la interfaz agua-sedimento (IAS), perspectiva que debe usarse al proponer modelos conceptuales. Sin embargo, raramente se considera en estudios y, de hacerlo, el calentamiento de los sedimentos por absorción de radiación solar no se analiza. La presente memoria toma como base Flow Solve , un modelo numérico del académico Kraig Winters (U. de California, San Diego) que utiliza el método espectral. El modelo se aplica a un sistema agua sedimento en que la capa superior de los sedimentos es calentada de manera periódica. Además, se estudia el orden de discretización espacial y temporal, así como la relación entre los números de Nusselt y Rayleigh. A partir de los resultados se concluye que existe una relación empírica exponencial entre el calor absorbido en la capa superior de los sedimentos (𝐻�����𝑠�����), la altura del cuerpo de agua (ℎ𝑤�����) y la frecuencia asociada a los periodos de evaluación (𝜔�����) y el número adimensional Π1 (que cuantifica el rol de los sedimentos en el balance de calor). La amplitud térmica es directamente proporcional al calor absorbido en los sedimentos elevado a un coeficiente de orden 0,6 , es decir, Δ𝑇�����𝑤����� crece sin cota a medida que aumenta el calor absorbido. En el caso de la curva Δ𝑇�����𝑤����� como función del periodo, la pendiente disminuye a medida que aumenta la duración de los ciclos, hasta estabilizarse. No se puede estimar la amplitud térmica para periodos superiores a los simulados. Para el caso de la altura de agua se aprecia una curva con pendiente decreciente. A medida que aumenta la altura del cuerpo de agua, la amplitud térmica tiende a 0°C, mientras que al disminuir ℎ𝑤�����, Δ𝑇�����𝑤����� crece sin cota. A partir de los 50 cm, Δ𝑇�����𝑤����� toma valores inferiores a 0,1 °C. La escala de longitud de Kolmogorov entrega resultados que permiten estimar satisfactoriamente la distancia vertical a definir entre puntos de la grilla. Sin embargo, en el caso del paso temporal, el usar un Δt del orden de la escala de tiempo de Kolmogorov puede asegurar que se consideren todas las escalas físicas del proceso, pero no implica que se cumplan las condiciones matemáticas necesarias para que el programa funcione correctamente. De este modo, el requisito dominante en el caso del tiempo viene dado por una expresión empírica. La relación entre los números de Nusselt y Rayleigh revela que el fenómeno de intercambio de calor en la IAS queda descrito por convección natural en una placa horizontal caliente a temperatura uniforme en régimen turbulento.
Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Fondecyt 1140821

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Realiza un estudio de dos modelos fisicoquímicos de la dinámica de fluidos contaminantes en medios porosos a escala geológica, específicamente se estudia la interacción del modelo de flujo de aguas subterráneas y el modelo de transporte reactivo, orientados particularmente a los sistemas porosos como son los acuíferos o reservorios geológicos de aguas subterráneas. Complementando el estudio de los fenómenos en medios porosos de la presente tesis se presenta un ejemplo de simulación numérica de la ecuación del transporte de contaminantes en medios porosos. Debido la vital importancia de la simulación computacional se aborda también en el último capítulo una guía básica descriptiva de la simulación computacional de las ecuaciones de flujo y transporte. Básicamente se estudia un ejemplo de simulación computacional de la evolución espacio-temporal de una pluma contaminante reactiva inmersa en un medio poroso constituido por tres tipos de acuíferos. Esta simulación está basada en el programa computacional MODFLOW. Este programa es un modelador de flujo por diferencias finitas desarrollado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos, el cual está basado en un código fuente que resuelve mediante interacciones la ecuación de flujo del agua subterránea. En cuanto al modelo de transporte éste se encuentra soportado por el programa MT3D, el cual es un modelo diseñado en computar las ecuaciones del transporte de solutos en 3D para la simulación de la advección, dispersión y reacciones geoquímicas de los constituyentes de solutos contaminantes disueltos en los sistemas de aguas subterráneas.
Tesis

O objetivo deste trabalho é estudar a modelagem do escoamento de fluidos incompressíveis mediante o método de Lattice-Boltzmann (LBM). Nesta classe de métodos as equações baseadas na cinética mesoscópica nos permitem modelar o comportamento macro-contínuo da dinâmica de fluidos. Desta forma, realiza-se um estudo teórico do LBM incluindo a análise de diferentes distribuições de equilíbrio, modelos de lattice, suas relações com a equação de Boltzmann assim como sua aproximação assintótica às equações de Navier-Stokes. Por outro lado, estudam-se os aspectos relacionados à imposição de condições de contorno identificando procedimentos adequados para os problemas aqui tratados. Posteriormente, realiza-se um estudo detalhado de caráter numérico sobre o desempenho do LBM na simulação computacional de escoamentos de fluidos, envolvendo problemas estacionários e transientes, para casos em 2D e 3D. A partir do conhecimento das características do modelo, desenvolvem-se técnicas para efetuar a calibração dos parâmetros do LBM visando à obtenção de resultados coerentes e confiáveis de acordo às condições físicas do problema. Estas técnicas são empregadas com ênfase em problemas 3D dependentes do tempo, e cujas características são similares às encontradas na modelagem do escoamento sanguíneo em artérias.

En este trabajo se analizó el fenómeno de adsorción física relativa en un sistema ternario de fluidos modelo, donde se toman en cuenta tamaños y parámetros de atracción distintos entre las especies. Para el caso de mezclas multicomponente hay poca información disponible donde se haga un estudio sistemático de propiedades interfaciales tales como la presión de vapor y la tensión superficial. El presente trabajo toma en cuenta además la problemática de representar sistemas compuestos por mezclas ternarias, donde para cada sistema existen tres juegos de parámetros (uno por cada especie de la mezcla) que son independientes entre si; determinar los valores a utilizar es una de las problemáticas más importantes. Por tanto se decidió hacer un estudio variando de forma sistemática algunos de estos parámetros, obteniendo de este modo sistemas que consideramos representativos. Hallamos el fenómeno de adsorción en capaz, es decir, las partículas con diámetro mayor son primero adsorbidas y posteriormente las partículas de menor diámetro. de las especies en la mezcla y manteniendo fijos los tamaños moleculares.

En el presente trabajo se estudia la propagación de frentes químicos sujetos a la inestabilidad de Rayleigh- Taylor. El flujo convectivo es modelado utilizando la ecuación de Navier-Stokes. Los resultados serán comparados con los obtenidos con la ley de Darcy. La inestabilidad de Rayleigh-Taylor se presenta cuando dos uidos de distintas densidades separados por una delgada interfaz plana se vuelve inestable debido al gradiente de densidades que ocurre cuando el fluido más denso esta encima del menos denso y bajo la acción de la gravedad. Se consideran fluidos con las siguientes condiciones: inmiscibles, incompresibles e irrotacionales. Para describir el frente de propagación hemos utilizado la ecuación de Kuramoto-Sivashinsky(K-S) acoplada con la ecuación de Navier-Stokes para la evolución del ujo de convección. La solución de la ecuación (K-S) ofrece una rica variedad de comportamiento espaciotemporal: frentes planos, frentes simétricos o asimétricos, frentes oscilantes y caóticos. El análisis de estabilidad lineal muestra regiones de bi-estabilidad para diferentes números de Rayleigh.
In the present work, the propagation of chemical fronts subject to Rayleigh-Taylor instability is studied. Convective ow is modeled using the Navier-Stokes equation. The results will be compared with those obtained with Darcy's law. Rayleigh-Taylor instability occurs when two fluids of different densities separated by a thin at interface becomes unstable due to the density gradient that occurs when the densest fluid is above the less dense and under the action of gravity. They are considered uid with the following conditions: immiscible, incompressible and irrotational. To describe the propagation front we used the Kuramoto-Sivashinsky equation (K-S) coupled with the Navier-Stokes equation for the evolution of the convection ow. The solution of the equation (K-S) offers a rich variety of space-time behavior: at fronts, symmetrical or asymmetric fronts, oscillating and chaotic fronts. The linear stability analysis shows regions of bi-stability for different Rayleigh numbers.
Tesis

En la industria petroquímica, olefinas como el etileno y propileno son materias primas muy importantes en la producción de polímeros tales como polietileno, polipropileno, estireno, etil benceno, dicloruro de etileno e isopropanol. La obtención de dichas olefinas se lleva a cabo por procesos de destilación que consumen enormes cantidades de energía, así como el diseño y utilización de equipos muy costosos. Una situación similar se da en procesos de rectificación y secado de gas natural, donde la separación de especies como CO2 y H20 consume una gran cantidad de recursos energéticos. Alternativas a los métodos de separación convencionales involucran el uso de tamices moleculares, membranas porosas o la utilización de líquidos iónicos para extracción reactiva. La tecnología posiblemente más prometedora envuelve el uso de tamices moleculares, debido al alto grado de desarrollo en las técnicas de síntesis, especialmente en el campo de las zeolitas, que han permitido una ingeniería cada vez mas detallada de materiales con carácterísticas químicas y topológicas bien definidas. El punto central del presente trabajo involucra la utilización de técnicas computacionales, especialmente en técnicas basadas en campos de fuerza, para lograr un entendimiento mas profundo de los fenómenos de transferencia de masa y energía que se dan en sistemas de tipo adsorbente-adsorbato. Zeolitas con poros conectados por ventanas compuestas de 8 unidades tetraédricas de SiO4, han sido reconocidas por su potencial para llevara cabo procesos de separación cinética de manera eficiente. Un parámetro muy importante que refleja el nivel de influencia del confinamiento ejercido por el material nanoporoso en la dinámica de especies adsorbidas es la "difusividad". La difusividad de las especies adsorbidas puede ser utilizada como parámetro de referencia para llevar a cabo la selección de materiales con potencial para llevar a cabo separaciones cinéticas. Este tipo de separaciones está
Combariza Montañez, AF. (2011). Difusión Selectiva de Hidrocarburos en Zeolitas de Poro Pequeño a Partir de Técnicas de Simulación Molecular [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14012
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