Lectura de Tesi Doctoral d'Ahmad Amani

Avís lectura tesi doctoral

Doctorand: AHMAD AMANI
Títol: Numerical Simulation of newtonian/non-Newtonian Multiphase Flows: Deformation and Collision of Droplets
Directors: Néstor VInicio Balcázar Arciniega - Francesc Xavier Trias Miquel
Departament: Màquines i Motors Tèrmics
Lloc: Sala de Conferències del TR1 - Campus TERRASSA
Data: 24 de juliol de 2019 - Hora: 10:30

RESUM:

La naturaleza compleja de los flujos multifásicos, particularmente en presencia de reologías no newtonianas, limita la aplicabilidad del análisis teórico de ecuaciones físicas y también de los experimentos de laboratorio. Por lo tanto, las técnicas de dinámica de fluidos computacional (CFD) son esenciales para estudiar estos problemas. A pesar de los avances en las técnicas de simulación numérica en esta área durante la última década, la aplicabilidad de estos enfoques está limitada por los desafíos que aparecen en las aplicaciones específicas, y se debe considerar de forma particular cada uno de estos problemas. La presente tesis tiene como objetivo la solución numérica tridimensional de los problemas de flujo multifase newtoniano / no newtoniano en el contexto del enfoque de discretización de volúmenes finitos con aplicaciones en diferentes procesos naturales e industriales. 
Esta tesis está organizada en cinco capítulos. El primer capítulo proporciona una introducción y la motivación de este trabajo. También presentamos alguna aplicación de esta tesis en procesos industriales, seguida de una corta introducción al grupo de investigación del CTTC, los objetivos y el resumen de la tesis. 
En el capítulo 2, utilizando un método CLS, se realiza una simulación numérica directa (DNS) tridimensional de colisión de gotitas binarias. Se introduce un nuevo enfoque de estabilización de lamella para resolver numéricamente la capa delgada de fluido (“lamella”) que aparece durante muchos regímenes de colisión. Este enfoque demuestra ser numéricamente eficiente y preciso en comparación con los datos experimentales, con una importante reducción de costos computacionales en casos tridimensionales. Las herramientas numéricas introducidas se validan y verifican con diferentes resultados experimentales para diferentes casos de colisión en los que se observa un muy buen acuerdo. Además, para todos los casos estudiados en este capítulo, se proporciona un estudio detallado de los balances de energía. 
En el capítulo 3, se estudia en detalle la física de una sola gota sometida a flujo de cizallamiento, con un enfoque principal en el efecto de la viscosidad en el confinamiento crítico de las paredes. Primero, validamos la capacidad de las herramientas numéricas para capturar la física correcta de la deformación de las gotitas. Este capítulo continúa con el estudio tridimensional DNS de las deformaciones subcríticas (estado estable) y supercríticas (ruptura) de la gota para un amplio rango de confinamiento de paredes en diferentes relaciones de viscosidad. Los resultados indican la existencia de dos regiones de estado estable en un gráfico de una relación de confinamiento de las paredes y la viscosidad, que están separados por una región de ruptura. En general, estos logros indican un potencial importante del enfoque actual para simular la deformación y ruptura de las gotitas, en aplicaciones de la ciencia de la dispersión y los procesos de mezcla. 
En el capítulo 4, con la ayuda de la experiencia adquirida en los capítulos anteriores, se utiliza un método CLS de volumen finito para resolver numéricamente los problemas de flujo multifase no newtonianos. Las principales áreas desafiantes de la simulación numérica de fluidos multifásicos no newtonianos incluso el seguimiento de la interfaz, la conservación de masa de las fases, los problemas de pequeños paso de tiempo encontrados por los fluidos no newtonianos, las inestabilidades numéricas relacionadas con el problema del alto número de Weissenberg (HWNP), inestabilidades fomentadas por una baja relación de viscosidad de disolvente a polímero en fluidos viscoelásticos y las inestabilidades encontradas por las tensiones superficiales son discutidos y se proporcionan tratamientos numéricos adecuados para el método propuesto. El método numérico se valida para diferentes tipos de fluidos no newtonianos, utilizando mallas estructuradas y no estructuradas.