Estudio numérico de flujo turbulento cargado con partículas sólidas a través de canales y tuberías de sección variable

La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo el estudio de flujo turbulento cargado con particulas solidas a traves de canales y tuberias de seccion constante usando un enfoque Euleriano-Lagrangiano. El campo de flujo de la fase de transporte (aire) se resuelve usando simulacion de grandes escalas (LES), implementada en un programa de volumenes finitos mientras que las ecuaciones gobernantes de la fase dispersa son resueltas por medio de un algoritmo de seguimiento Lagrangiano de particulas que ha sido desarrollado y acoplado al programa que resuelve el flujo. Se estudia de manera sistematica y progresiva la interaccion fluido?particula (one-way coupling), a traves de diferentes configuraciones geometricas en coordenadas cartesianas (canales de seccion constante y variable) y en coordenadas cilindricas (tuberias de seccion constante y seccion variable) abarcando diferentes numeros de Reynolds y diferentes tamanos de particulas; todos los resultados obtenidos han sido comparados con datos publicados previamente. El estudio de flujo multifasico a traves de, tuberias de seccion variable, ha sido abordada en otras investigaciones mayoritariamente de forma experimental o mediante simulacion usando modelos de turbulencia menos complejos y no mediante LES. El patron de flujo que se verifica en una tuberia con expansion es muy complejo y dicha configuracion geometrica se halla en multiples aplicaciones industriales que involucran el transporte de particulas solidas, por ello es de gran interes su estudio. Como hecho innovador, en esta tesis no solo se resuelven las estadisticas de velocidad del fluido y las particulas en tuberias con diferentes tamanos de expansion y diferentes regimenes de flujo sino que se caracteriza, usando diversas formulaciones del numero de Stokes y el parametro de arrastre, el ingreso y acumulacion de particulas dentro de la zona de recirculacion, obteniendose resultados coincidentes con datos experimentales. ABSTRACT The objective of this Thesis research is to study the turbulent flow laden with solid particles through channels and pipes with using Eulerian-Lagrangian approach. The flow field of the transport phase (air ) is solved using large eddy simulation ( LES ) implemented in a program of finite volume while the governing equations of the dispersed phase are resolved by means of a particle Lagrangian tracking algorithm which was developed and coupled to principal program flow solver . We studied systematically and progressively the fluid interaction ? particle ( one- way coupling ) , through different geometric configurations in Cartesian coordinates ( channel with constant and variable section) and in cylindrical coordinates ( pipes with constant section and variable section ) covering different Reynolds numbers and different particle sizes, all results have been compared with previously published data . The study of multiphase flow through, pipes with variable section has been addressed in other investigations predominantly experimentally or by simulation using less complex models and no turbulence by LES. The flow pattern is verified in a pipe expansion is very complex and this geometry is found in many industrial applications involving the transport of solid particles, so it is of great interest to study. As an innovator fact , in this Thesis not only finds fluid velocity statistics and particles with different sizes of pipe expansion and different flow regimes but characterized, using various formulations of the Stokes number and the drag parameter are resolved, the entry and accumulation of particles within the recirculation zone , matching results obtained with experimental data.