Simulación Numérica Directa de la deposición de partículas no esféricas en grandes contenedores

La presente investigación se centra en el estudio numérico del movimiento de partículas no esféricas regulares que caen libremente en un fluido newtoniano inicialmente en reposo. La base del método numérico se centró en el uso de la técnica PR-DNS (Particle Resolved Direct Numerical Simulation) con la combinación de técnicas de mallas superpuesta para la discretización del dominio fluido y el solucionador SixDOF como fundamento para el enfoque lagrangiano que permita determinar el movimiento y la trayectoria de la partícula a partir del cálculo de las fuerzas y momentos que actúan sobre la superficie de la partícula. El diseño de los modelos geométricos fue desarrollado en Solidworks y las simulaciones numéricas se llevaron a cabo empleando técnicas avanzadas de dinámica de fluidos computacional en el módulo ANSYS Fluent. Se desarrollaron las simulaciones transitorias bajo diferentes combinaciones tanto para partículas 2D como tridimensionales. Las primeras simulaciones se llevaron a cabo para un ejemplo popular de prueba numérica que describe el flujo 2D causado por la caída libre de una partícula circular dentro de un depósito líquido, así como mediciones experimentales 3D en la sedimentación de una esfera, las cuales fueron verificadas y validadas con estudios numéricos y experimentales previos, mostrando una alta fiabilidad en la descripción del movimiento de este tipo de formas. Se encontró que las partículas circulares y esféricas bajo las condiciones de estudio utilizadas, describen regímenes de movimiento considerados como verticalmente estables, al no presentar cambios repentinos en la trayectoria de caída ni desplazamientos laterales considerables. Se demostró que la dinámica de las inestabilidades de la trayectoria se caracterizarse por el triplete (Γ,Ga,χ ) correspondiente a la relación de la densidad sólido/líquido, el número de Galileo y la relación de aspecto. A partir de este punto se desarrolló una serie de simulaciones numéricas para analizar la sedimentación de elipses y elipsoides oblatos para complementar el análisis y conocer los alcances del método numérico. Los resultados demostraron la gran dependencia de la trayectoria a los parámetro relevantes y la incidencia de la relación de aspecto. Se encontró diferentes modos para el régimen oscilatorio de las elipses influenciado por la relación de aspecto que al aumentar no solo influye en la aparición de nuevos modos de movimiento oscilatorio si no que retrasa el tiempo de asentamiento de las partículas. Este estudio, en concordancia con los objetivos planteados, propone un nuevo método para analizar la dinámica de asentamiento de diferentes tipos de partículas. También ayuda a ampliar la gama de escenarios y combinaciones de parámetros para enriquecer el análisis de la dinámica de partículas no esféricas regulares e irregulares que aún no han sido desarrolladas.

• Autores: García González, Diego Fernando
• Fecha de publicación: 2024
• Institución: Universidad Autónoma de Occidente
• Repositorio: RED: Repositorio Educativo Digital UAO
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:red.uao.edu.co:10614/15713
• Acceso en línea: https://hdl.handle.net/10614/15713; https://red.uao.edu.co/
• Palabra clave: Maestría en Sistemas Energéticos; Cuerpo en caída libre; Sedimentación; Simulación Numérica Directa con partícula resuelta; Partículas no esféricas regulares; Velocidad terminal; Particle Resolved Direct Numerical Simulation (PR-DNS); Overset mesh Technique; Six Degrees of Freedom Solver
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