Flujo turbulento cargado con partículas sólidas en una tubería circular

Resumen

Esta tesis contiene el compendio del trabajo realizado en el estudio del flujo turbulento cargado con partículas sólidas en una tubería circular. Este estudio se ha estructurado en tres aspectos a saber: Estudio del flujo turbulento "per se" sin partículas, el estudio de la influencia de este flujo sobre las partículas de forma unilateral, y el estudio de la respuesta de las partículas sobre el flujo de manera bilateral. En el primer aspecto, se ha escogido un flujo turbulento dentro de una tubería circular, a un número de Reynolds moderado de 5600 para que los requerimientos computacionales sean relativamente bajos. Este flujo, en particular bien estudiado y documentado en las referencias, se ha simulado de nuevo, pero con otros métodos numéricos, de forma de poder validar comparativamente los resultados. El método escogido por su rapidez en la ejecución ha sido el de diferencias finitas de paso fraccionado de tercer orden en el tiempo, semi-implícito de segundo orden en los términos viscosos y explícito de cuarto orden en el término convectivo de tipo "aguas arriba". Las simulaciones se han hecho tanto de forma directa (DNS), como con modelos de grandes escalas (LES), en este último caso con condición de borde en la pared de la tubería del tipo deslizamiento para ajustar bien los resultados. Aunque algunos investigadores opinan que la simulación numérica directa (DNS) debe satisfacer requerimiento más rigurosos, tanto en el método (e.g., métodos espectrales), como en el mallado (e.g., mallado de tamaño varias órdenes más pequeño que la escala de Kolmogorov), en este trabajo se han usado métodos y mallados más modestos, basados en simulaciones de trabajos anteriores y cuyos autores las califican de simulaciones numéricas directas también. Se ha incluido en los análisis los perfiles de la velocidad y vorticidad y las intensidades de sus fluctuaciones, la disipación turbulenta, la asimetría y el apla