Resum de la tesi:

La present tesis està dedicada al desenvolupament e implementació de models matemàtics i mètodes numèrics amb l’objectiu de realitzar simulacions computacionals de fenòmens complexos de transferència de calor i massa. Diverses àrees i temes en el camp de la Dinàmica de Fluids Computacional (CFD) han sigut tractats i coberts durant el desenvolupament de la present tesi, en especial, la combustió i els fluxos multi-fase dispersos. Aquest tipus de simulacions de fenòmens multi-físics es desafiant degut al gran rang d’escales espaio-temporals que poden caracteritzar cada una de les físiques involucrades en el problema. D’altra banda, quan es resolen fluxos turbulents, la pròpia turbulència ja és un fenomen físic molt complex que pot requerir un gran esforç computacional. Per tant, amb l’objectiu de fer les simulacions computacionals de fluxos turbulents computacionalment assequibles, la turbulència ha de ser modelada. Per tant, durant aquesta tesis diferents mètodes i algoritmes han sigut desenvolupats e implementats amb l’objectiu de realitzar simulacions multi-físiques en fluxos turbulents.
El primer tema abordat és la combustió turbulenta. El Capítol 2 presenta un model de combustió capaç de reduir notablement el cost computacional de la simulació. El model, anomenat el model Progress-Variable (PV), està basat en la separació d’escales espaio-temporals entre el fluid i la química. A més, amb l’objectiu de tenir en compte l’influencia de les fluctuacions a nivell sub-grid d’energia i concentracions d'espècies, el model PV s’acobla amb el model Presumed Conditional Moment (PCM). El Capítol 2 també mostra el desenvolupament d’un mètode intelligent de balanceig de càrrega per l'avaluació de el rati de reacció químic en simulacions de combustió paralleles.
El Capítol 3 està dedicat als fluxos multi-fase dispersos. Aquest tipus de fluids estan formats per una fase continua i una fase dispersa en forma de partícules o gotes inconnexes. En aquesta tesis, l’aproximació Euleriana-Lagrangiana ha sigut la seleccionada. Aquest tipus de model és el més adequat per fluxos multi-fase dispersos amb milers o milions de partícules, i amb règims que van des del molt diluït fins al relativament dens. 
Al Capítol 4, es presenta un nou mètode capaç de realitzar simulacions numèriques paralleles utilitzant malles inconnexes no solapades que tenen fronteres adjacents. L’algoritme presentat cus a cada iteració les malles independents i les resol com un únic domini. 
Finalment, el Capítol 5 tracta un aspecte transversal a tots els temes coberts al llarg de la tesi. En aquest capítol es discuteix una estratègia auto-adaptativa destinada a la maximització del pas de temps per a la solució numèrica d’equacions de convecció-difusió. El mètode es capaç de determinar dinàmicament a cada iteració quin és el màxim pas de temps possible que assegura una integració temporal estable. A més, el mètode també modifica de forma intelligent la regió d’estabilitat en funció de les propietats de la matriu del sistema.