P11TEP-7495

  • Título:Estudio de la dinámica de la formación de gotas y burbujas en configuraciones plana y axisimétrica
  • Referencia: TEP-7495
  • Entidad financiadora: Junta de Andalucía. Consejería de Innovación Ciencia y Empresa
  • Duración: 01/01/2012-31/12/2014
  • Investigador principal: Carlos Martínez-Bazán
  • Número de investigadores: 9
  • Importe total del proyecto: 134.515,50
  • Resumen: En el presente proyecto se pretende profundizar en el conocimiento de los mecanismos físicos de formación de gotas y burbujas con el objeto de poder aplicarlo al diseño de nuevos dispositivos que permitan mejorar la eficiencia de los sistemas de producción en el sector industrial. En particular, se analizará la dinámica de la formación de gotas y burbujas en configuraciones plana y axisimétrica tanto de forma experimental y numérica, como mediante el uso de análisis de estabilidad lineal. Para ello, se estudiará la formación de burbujas en láminas planas describiendo en detalle la transición de un régimen de chorro a un régimen de burbujeo en función de la relación de espesores de las láminas de agua y aire, la relación de velocidades de ambas corrientes y el número de Weber. El régimen de formación de burbujas (burbujeo) se estudiará experimentalmente mediante el análisis de imágenes adquiridas con una cámara de alta velocidad para determinar la frecuencia de formación de burbujas bajo diferentes rangos de operación. Por otro lado, el trabajo experimental se complementará mediante simulaciones numéricas que nos permitan determinar la evolución temporal de la presión en la salida de la tobera de inyección en función de los parámetros mencionados. Finalmente, se llevará a cabo un exhaustivo análisis de estabilidad lineal utilizando perfiles de velocidad realistas. La combinación de técnicas experimentales, numéricas y analíticas nos ayudarán a desarrollar modelos simplificados para caracterizar la frecuencia de formación y el tamaño de las burbujas generadas en función de los parámetros de control. En cuanto a la generación de burbujas a través de inyectores axisimétricos, se pretende poner a punto los algoritmos numéricos adecuados para describir el proceso de crecimiento y posterior rotura de burbujas inyectadas a través de una tobera sumergida mediante el uso de códigos de acceso libre o gratuito como son OpenFOAM o Gerris. Las simulaciones numéricas tridimensionales y no estacionarias nos permitirán describir el mapa de transiciones de inestabilidades que se producen en la estela de la burbuja en su ascenso libre en función de los parámetros de control. Generalmente se ha estudiado el proceso de formación de burbujas bien bajo condiciones de aporte de caudal constante o bien bajo presión de suministro constante. Sin embargo, dado que ninguna de estas condiciones se garantizan en los sistemas de producción de burbujas utilizados en la industria, se estudiará la dinámica de la formación de burbujas bajo condiciones mixtas, donde ni el caudal ni la presión de suministro permanecen constantes. Las simulaciones numéricas se complementarán con un estudio experimental a llevar a cabo mediante la adquisición de imágenes captadas de manera simultánea con dos cámaras de alta velocidad situadas en planos perpendiculares. Como mecanismo para controlar la frecuencia de formación de la burbujas y, por lo tanto, su tamaño de examinará la posibilidad de forzar acústicamente la cámara de inyección de gas. Para finalizar, se estudiará la generación de microgotas en chorros sometidos a estiramiento, analizando la estabilidad del chorro mediante el uso modos globales bidimensionales, experimentos controlados y simulaciones numéricas. Todo ello nos permitirá caracterizar la histéresis en la transición chorro-goteo y estudiar la generación de gotas en el régimen de chorro.

junta

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