Flujos de calor y masa e inestabilidades termohidrodinámicas en cavidades inclinadas

Resumen

La tesis versa sobre la convección en cavidades inclinadas más largas que anchas, calentadas a lo largo de su lado de mayor longitud. El tipo de fluido considerado es incompresible, Newtoniano y en este problema su naturaleza (determinada por Pr) puede ser desde un metal liquido (Pr 0.001), gas (Pr 1), un liquido como el agua (Pr 7) o una silicona (Pr >-100). El parámetro que determina el gradiente externo de temperatura es el numero de Rayleigh, Ra. El trabajo generaliza los resultados de las investigaciones precedentes para cavidades verticales (a=0º) u horizontales (a=90º). Si la cavidad no está en posicion vertical (a 0º), cualquier valor de Ra, da lugar a un flujo convectivo que, en su expresión más simple, consiste en una única celda convectiva que ocupa toda la cavidad. A medida que aumenta Ra, este flujo (unicelular) sufre transformaciones de modo que el tipo de transporte de calor pasa de un regimen de conducción (Ra bajo) a un régimen de transición (en el que la advección es dominante) y finalmente a un régimen de capa límite (Ra alto), en el que el transporte de calor se restringe a delgadas capas adyacentes a las paredes de la cavidad. La primera gran parte del trabajo presenta una investigación exhaustiva de las fronteras y la estructura espacial del flujo unicelular en cada regimen de transporte. La segunda parte considera las posibles formas y las razones por las cuales el flujo unicelular se convierte en multicelular al aumentar Ra. Existen numerosas formas de flujo multicelular, cada una de ellas asociada a un diferente tipo de inestabilidad, que han sido estudiadas teoricamente y mediante simulaciones numéricas del flujo en dos y tres dimensiones. Estas inestabilidades aparecen dependiendo del tipo de fluido(valor de Pr) y del ángulo de inclinación. Por ejemplo, en líquidos o siliconas, las inestabilidades están originadas en las capas limite, a valores altos de calentamiento externo.