Simulación numérica del tiempo de escape en un vórtice tridimensional y de la sedimentación en vórtices bidimensionales periódicos para partículas pesadas

Abstract

En esta Tesis Doctoral se investigan dos problemas fluidomecánicos en los que aparecen flujos bifásicos con interacción entre pequeñas partículas pesadas y fluidos, con el objetivo de mejorar la comprensión del régimen turbulento. En primer lugar, se ha analizado el tiempo que tardan en escapar de un vórtice tridimensional pequeñas partículas pesadas. Se ha determinado dicho tiempo mediante simulación numérica y después se ha desarrollado una fórmula teórica para el mismo. En segundo lugar, se ha analizado la sedimentación de partículas en presencia de un campo fluido no considerado hasta ahora, consistente en una disposición bidimensional de vórtices repetidos periódicamente. Se ha obtenido que las partículas se acumulan en zonas preferentes de sedimentación posibilitando su separación del fluido y su clasificación y que su velocidad media de sedimentación se incrementa respecto al caso de fluido en reposo.----------------------------------In this Ph D. Thesis we have investigated two fluid dynamics problems in which appear interaction between heavy particles and fluids, with the aim of improving the understanding of the turbulent regime. First, it is analyzed the time that small heavy particles take to escape from a three-dimensional vortex. It has been determined by numerical simulation and then it is developed a theoretical formulation for that escape time. Secondly, it is analyzed the settling of particles in the presence of a fluid field that has not been considered until now, involving a two-dimensional arrangement of vortices periodically repeated. It has been found that the particles accumulate in areas of preferential settling (allowing their separation and classification) and that their average settling velocity increases in comparison with that in still flow.