segundas jornadas sobre investigaciÓn en turbulencia · presentación en estas páginas se recogen...

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SEGUNDAS JORNADAS SOBRE INVESTIGACIÓN EN TURBULENCIA E. T. S. Ingenieros Aeronáuticos. Univ. Politécnica de Madrid Madrid, 12 de Febrero de 2004 Centro Piloto de ERCOFTAC en España www.cimne.upc.es/Sociedades/ercoftac

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Page 1: SEGUNDAS JORNADAS SOBRE INVESTIGACIÓN EN TURBULENCIA · Presentación En estas páginas se recogen los resúmenes de las comunicaciones presentadas en las Segundas Jornadas sobre

SEGUNDAS JORNADAS SOBRE INVESTIGACIÓN

EN TURBULENCIA

E. T. S. Ingenieros Aeronáuticos. Univ. Politécnica de Madrid

Madrid, 12 de Febrero de 2004 

Centro Piloto de ERCOFTAC en Españawww.cimne.upc.es/Sociedades/ercoftac

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Presentación

En estas páginas se recogen los  resúmenes de las comunicaciones presentadas en las SegundasJornadas sobre Investigación en Turbulencia, celebradas en la E. T. S. de Ingenieros Aeronáuticosde Madrid el dia 12 de Febrero de 2004. La primera edición de estas Jornadas tuvo lugar el 6 deFebrero del 2003 en el Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería de la UniversidadPolitécnica de Catalunya.

Estas  Jornadas se han  llevado a cabo por   iniciativa  del  CIMNE, Centro Piloto de  la  EuropeanResearch   Community   on   Flow,   Turbulence   and   Combustion   (ERCOFTAC)   en   España.ERCOFTAC  es  una  organización  de  ámbito  europeo  que  promueve   la   investigación  en   temasrelacionados   con   la   dinámica   de   fluidos,   la   turbulencia   y   la   combustión,   y   sus   aplicacionesindustriales.   Más   información   sobre   ERCOFTAC   puede   ser   encontrada   enwww.cimne.upc.es/Sociedades/ercoftac y en www.ercoftac.org.

El   objetivo   de   estas   Jornadas   es   contribuir   a   un   mejor   conocimiento   de   las   actividades   quedesarrollan los diversos grupos de investigación españoles en cualquier campo relacionado con laturbulencia.   Las   ponencias   presentadas   corresponden   a   grupos   de   Madrid,   Barcelona,   Sevilla,Zaragoza, Girona y Tarragona.

Los organizadores de las Jornadas agradecen a la  E. T. S. de Ingenieros Aeronáuticos de Madrid, yen particular al profesor Javier Jimenez, la dedicación y el esfuerzo realizados.

Roberto CastillaLABSON­U.P.C.Secretario Científico del Centro Piloto de ERCOFTAC en España

Eugenio OñateCIMNE­U.P.C.Director del Centro Piloto de ERCOFTAC en España  

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Programa

10:30 Bienvenida10:40 J. Dávila. Dep. de Mecánica de Fluidos. Univ. de Sevilla11:00 J. M. Redondo. Grupo de Turbulencia Geofísica. U. P. C.11:20 Verónica Nieves. X. T. de Dinámica de Fluidos11:40 Café12:10 J. A. Ferré. ECoMMFiT. U.R.V.12:30 X. Sánchez. Grupo de Física Ambiental. Dpt. de Física. UdG12:50 B. Lázaro. Laboratorio de Mec. de Fluidos. U. P. M.13:10 P. López. Dep. de Física de la Tierra II. U. C. M.13:30 Comida

15:30 L. García. Grupo de Física de Plasmas. Univ. Carlos III15:50 A. Crespo. Lab. de Mecánica de Fluidos. U. P. M.16:10 T. Chacón. Dep. de Matemáticas. Univ. de Sevilla16:30 Café17:00 L. Valiño. LITEC. Zaragoza17:20 A. Pinelli. CIEMAT. Madrid17:40 J. Jimenez. Grupo de Mecánica de Fluidos Comput. U. P. M.18:00 Discusión general y conclusiones (R. Castilla)

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Dep. de Mecánica de FluidosE. Superior de Ingenieros

Universidad de Sevilla

Javier Dá[email protected]

DIVERSOS   ASPECTOS   SOBRE   EL   COMPORTAMIENTO   DE   PARTÍCULAS   YBURBUJAS EN FLUJOS TURBULENTOS 

En los últimos años hemos analizado algunos apectos relacionados con los flujos turbulentos dentrode nuestra línea de investigación sobre dinámica de partículas o burbujas en flujos turbulentos. Seha continuando   con   el   análisis   teórico   de   las   trayectorias   de   partículas fluidas   en   turbulenciahomogénea para obtener información de interés que permita desarrollar modelos de sedimentacióny dispersión de partículas en flujos turbulentos. Al mismo tiempo se ha continuado perfeccionandoun  programa de  simulación numérica  para   turbulencia  homogénea,   fundamentalmente  desde  elpunto de vista de la paralelización.

Además,   en   los  últimos  meses   se   ha   intensificado   el   trabajo   experimental   en  dos   líneas  biendiferenciadas. La primera de ellas es la generación y caracterización de un flujos turbulentos a altos números   de   Reynolds   (del   orden   de   1000   basado   en   la   escala   de   Taylor) alcanzables   en   ellaboratorio  mediante  la   interacción de chorros de aire  en  un  túnel  de viento.  La segunda  líneaexperimental analiza la rotura de burbujas en el seno de una corriente turbulenta generada mediantecortadura. Este trabajo tiene como objetivo perfeccionar los dispositivos de disolución de gases enlíquidos que se utilizan en reactores biológicos o químicos. 

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Grupo de Turbulencia GeofísicaUniversidad Politécnica de Catalunya

J. M. Redondo

[email protected]

Turbulence in Rotating Stratified Flows

An overview of the activities of the research group at the Physics Department of the UPC within thescope of ERCOFTAC will be given, the group has about 10 senior staff and postdocs and from 10­15 phD and Msc thesis students as well as several long and short term visitors. Most of the activitiesof the group are related to the SIG14 of ERCOFTAC but the Fluid Dynamics Laboratory of theUPC   includes   other   type   of   flows   including   compressible,   bio­fluid   dynamics   and   industrialturbulence.

As an example of European funded research through the Large facility TMR programme:Detailled2D   Particle   traking   and   PIV   visualizations   performed   on   a   series   of   large   scale   laboratoryexperiments at the Coriolis Platform of the SINTEF in Trondheim have revealed several resonanceswhich scale on the Strouhal, the Rossby and the  Richardson numbers. More than 100 experimentsspanned a  wide  range of  Rossby Deformation Radii  and   the  topological  structures   (Parabolic   /Eliptic /Hyperbolic) of the quasi­balanced stratified­rotating flows were studied when stirring (akinto coastal mixing) occured at a side of the tank. The strong asymetry favored by the total vorticityproduces a wealth of mixing patterns. With a fuller understanding of the transition processe betweena   two   dimensional   enstrophy   cascade   and   a   three   dimensional   energy   cascade   and   relatingintermittency to fractal dimension for several forcinngs. Promising results of better models arisewhen using fractal techniques to distinguish between the space fillingness of the turbulent energydissipation as well as the enstrophy transpher. Thus it may be possible to parameterise the sub­gridturbulence in terms of generalized diffusivities  that take into account the topology and the self­similarity of the environment. In Rotating­ Stratified flows, the role of internal waves seems crucialin allowing a concentration of energy.

Relationships between the diffusivity, the intermittency and the Fractal dimension D(i), linked to thedispersion   as   function   of   the   intensity   of   the   chemical   concentration,   other   locally   measuredparameters such as the enstrophy or the gradient alignment as well as their multi­fractal structuresmay turn out to be physically relevant indicators of the environmental turbulence. Several methodsof deriving eddy diffusivity maps from image information should give more realistic estimates ofthe spatial/temporal non­homogeneities (and intermittencies in the Kolmogorov 62 sense obtainedas spatial correlations of the turbulent dissipation, or from structure functions) and these values maybe used  to parameterise either  sea surface  turbulence or  atmospheric   turbulence at  a  variety  ofscales. Different fractal dimensions are related to different levels of intermittency (and thus differentspectra,  which  are  not  necessarily   inertial  nor   in  equilibrium).  These   techniques  are  helpful   inproviding more realistic estimates of spatial and temporal variations of the horizontal dispersion inthe environment, wich reflect the influence of spectral energy distribution on local diffusivity interms of a Generalized Richardson's Law.

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Red Temática de Dinámica de Fluidos y TurbulenciaGeofísica

Verónica Úrsula Nieves y Carlos Yagüe

[email protected]

ATMOSPHERIC   STRUCTURE AT MICRO­MESOSCALE AND COMPARISON WITHMETEOSAT VISIBLE AND INFRARED SATELLITE IMAGES

Data  at   microatmospheric  scale  from  the   experimental  measurements  obtained  in  the   campaignSABLES­98  (period September 10 to 28 of 1998)  at  the  north­west    Iberian  Peninsula  plateau  nearValladolid  are  used  to   idefinty  the   Local  ABL  structure   and   stability  parameters  (Richardson’ snumbers and Monin­Obukhov lengthscale). Meso and Macro scale structure of the same period andarea  at  higher  levels  of  the  atmosphere  were  also  obtained  from  Meteosat  images  in  Visible  andInfrared channels. The  Flux  Richardson’ s  number,  Ri,  distinguishing  between  stratification  types  is  used  to  evaluateconditional  statistics  of   the   3D  near   ground   turbulence  structure,   Fractal  dimensions  and   localstructure  functions. The macroatmospheric  turbulence study  is based on cloud histograms  in orderto  obtain  a  relation  between  the  range  (related  to  cloud  height)  present  during  the  measurementperiod  and  correlate  the  existence of  turbulence  episodes  affected by  stratification  at  the differentscales and heights.Atmospheric  turbulence behaviour  is  strongly  affected by gravitational  forces  due  to  stratification.,both   in  the  stable  and  unstable  cases  The  two  basic  cloud  structures  associated  with  positive  ornegative  Ri  are  Stratum  and  Cumulus,  and  we  are  able  to   distinguish  betwem  them  due  to   themultifractal  structure   (Using  the   ImaCalc  Software)  across  the   whole  range  of   intensity  values(heights). This  topological characterization  is  theoretically  related  to  the spectral energy distributionand intermittency of  the Turbulent flow and we make use of  the  influence of stratification on    thefractal dimension (D) of interfaces (Redondo 1990).

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ECoMMFiTDep. de Ingeniería Mecánica

ETSEQUniversidad Rovira i Virgili

J. A. Ferré[email protected]

PIV de alta frecuencia (Time resolved PIV). Estudio de algoritmos de análisis y su aplicaciónen flujos turbulentos confinados.

La técnica PIV de alta frecuencia (“Time  resolved PIV”)  permite obtener el campo de velocidadesen una región bidimensional del espacio, con frecuencias de muestreo de algunos cientos ciclos porsegundo.

Se  presentan  algunas   consideraciones  y  mejoras   a   los   algoritmos  de   análisis   que  permiten  unprocesamiento más eficaz de estas series de imágenes extendidas en el tiempo.

Se muestra cómo la historia temporal de iluminación en cada pixel de la imagen puede ser utilizadapara   eliminar   los   reflejos   permanentes   que   usualmente   degradan   el   análisis.   Por   otra   parte   lainterrogación simultánea de varios pasos temporales, resulta en algoritmos mas robustos frente a lapérdida de correlación por  desplazamientos  de las  partículas  fuera del  plano de  iluminación enflujos fuertemente tridimensionales.

También el tratamiento de las zonas próximas a los bordes de la imagen, o a fronteras sólidas en elflujo, es considerado lográndose un mejor comportamiento de los algoritmos en estas zonas, y portanto una mejor resolución de las capas límites.

Finalmente la posibilidad de obtener la tercera componente del campo de velocidades a partir de laserie temporal de imágenes es analizada.

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Grupo de Física AmbientalDep. de Física

Universidad de Girona

Xavier Sánchez y Elena [email protected]

Dinámica convectiva de la interfase superior de un lecho fluidizado caliente, localizado en elfondo de un lago.

Los flujos de masa, calor y cantidad de movimiento que entran en un lago a partir de sus surgenciastermales  subterráneas vienen determinados por  la dinámica de una capa de  tan solo unos 20 o 30centímetros de grueso,  situada  en  la  parte  superior  de  los  fangos  en  suspensión  localizados  en  laszonas del  fondo  con    surgencias. En  la  surgencia  principal  esta  suspensión  tiene un  contenido  ensólido de un 5% y cubre una zona de unos 200 m de diámetro donde la velocidad ascendente es deunos  10­5  m/s.     La  densidad  a  través  de  esta  fina  interfase  varía  unos  50  kg/m3  mientras  que  latemperatura, dependiendo de la época del año, varía entre 1ºC y 9 º C. 

Las medidas de gran  resolución  tomadas en  la  interfase  entre  la  suspensión y  la  columna de  aguamuestran un régimen térmico difusivo que evoluciona en el tiempo y  cuyas características físicas sepresentan  a  partir  del  estudio  de  unos  250  perfiles  tomados  en  distintas  épocas  del  año.  En  estemarco,   se  observa  como  a  causa  del  importante   flujo  de  calor  ascendente   debido  al  gradientetérmico  en  la  interfase,  el  sistema  acaba  desestabilizándose    y  se  generan plumas que  afectan unagran parte  de  la  columna de  agua. Estos  resultados  conjuntamente  con  la  velocidad de disipaciónturbulenta  ­obtenida  a  partir  de  medidas  de  microestructura  térmica  realizadas  por  encima  de  lainterfase­  permiten hacer una estimación sobre la intermitencia del sistema.

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Laboratorio de Mecánica de FluidosETSI Aeronáuticos

Universidad Politécnica de Madrid

B. Lá[email protected]

Actividades de Fluidodinámica Experimental

La ponencia introduce las líneas de reciente actividad en el área de Fluidodinámica experimentalrealizadas en el  Laboratorio de Mecánica de Fluidos de la E.T.S.I. Aeronáuticos de Madrid. Enparticular se describe brevemente el trabajo realizado en el desarrollo de métodos noveles, basadosen técnicas láser no intrusivas, para la caracterización de flujos multifásicos dotados de una altadensidad de partículas. Una segunda línea de investigación incluye la realización de experimentosde combustión en microgravedad, estudiando fenómenos de propagación y extinción de llamas, enlos   que   se   utilizan   cohetes   de   sondeo   como   vehículos   para   alcanzar   las   condiciones   demicrogravedad. Se introduce también una línea de estudios experimentales realizados en chorrosturbulentos   con   rotación   que   incluyen   capas   de   cortadura   en   su   interior,   en   configuracionesrelevantes   para   combustores   de   flujo   continuo   y   baja   contaminación.   Finalmente   se   presentanresultados preliminares obtenidos en la caracterización de estelas turbulentas producidas por álabesde   alta   sustentación   similares   a   los   actualmente   utilizados   en   turbinas   de   baja   presión   paraaplicaciones aeronáuticas.

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Dep. de Física de la Tierra, Astronomía yAstrofísica II

Universidad Complutense de Madrid

J. Cano Marchante y P. López González­[email protected] y [email protected]

Estudio   Experimental   de   un   Proceso   de   Mezcla   Turbulenta   bajo   Condiciones   deEstratificación Inestable

El estudio teórico y experimental de los fenómenos fluidos, en particular de los atmosféricos, tienedos características esenciales. Una es la interacción entre los procesos de difusión turbulenta y laestratificación, que regula el transporte vertical. La segunda es la presencia de mezcla turbulentabajo   diferentes   condiciones   y   con   diversas   escalas   espaciales   y   temporales,   generándose   unamicroestructura   turbulenta  del   carácter  universal   (basada  en   inestabilidades  de  pequeña  escala).Dada   la   importancia   del   análisis   de   la   microturbulencia   y   puesto   que   en   la   capa   superficialatmosférica la mezcla turbulenta es esencial, nos interesamos por un caso particular de turbulenciaconvectiva generada experimentalmente por un conjunto de penachos turbulentos bajo condicionesde estratificación inestable. El objetivo es la representación mediante un modelo de laboratorio de los cambios bruscos y localesexistentes en los perfiles verticales de temperatura potencial. Estas inestabilidades locales presentesen la estratificación, que son gravitacionalmente inestables, rompen el comportamiento monótonodel perfil. En esta ponencia presentamos un estudio relativo a las propiedades globales y la evolución temporalde los procesos de mezcla. Nos centramos en el comportamiento de la eficiencia de mezcla   y laaltura de la capa mezclada hm  en función del número de Atwood. Las evoluciones temporales dedicha altura y de los frentes convectivos asociados a los penachos turbulentos se estudian mediantela   digitalización   de   los   videos   de   los   experimentos.   La   última   evolución   se   compara   con   elcrecimiento de la zona de mezcla generada por una inestabilidad de Rayleigh­Taylor. Este estudioexperimental es necesario para conocer mejor los procesos de mezcla turbulenta y para relacionar elmodelo de laboratorio y la situación atmosférica vía semejanza convectiva.

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Grupo de Física de PlasmasUniversidad Carlos III de Madrid

Luis García

[email protected]

Turbulencia en plasmas confinados magnéticamente

Los plasmas, conjunto cuasi­neutro de partículas con carga eléctrica que exhiben comportamientosde carácter colectivo, existen en circunstancias muy distintas y abarcan un rango muy amplio detemperaturas  y  densidades.  El  problema básico  por   resolver   en   la  Física  de  plasmas  de   fusiónconfinados magnéticamente es comprender los mecanismos físicos que controlan el transporte departículas y energía. Desde una perspectiva de Física básica, el problema del transporte en plasmasde   fusión   refleja   las   propiedades   de   sistemas   muy   alejados   del   equilibrio   termodinámico,   confuentes de energía libre asociadas a gradientes de densidad y temperatura, que dan lugar a una granvariedad de inestabilidades, generándose un estado turbulento en el plasma. Aunque las colisionesen un plasma son poco frecuentes, debido a la acción de los campo eléctricos y magnéticos, unplasma se comporta como un fluido en las direcciones perpendiculares al  campo magnético. Laestructura   del   campo   magnético   tiene   una   gran   influencia   en   las   tasas   de   crecimiento   de   lasinestabilidades. La ecuación del balance de momentos es similar a la ecuación de Navier­Stokes conla adición de la fuerza electromagnética. Por ello, gran parte de los métodos de resolución, tantonumérica como analítica, de estas ecuaciones son similares a los empleados en fluidos. 

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Laboratorio de Mecánica de FluidosETSI Industriales

Universidad Politécnica de Madrid

A. [email protected]

La actividades del Laboratorio se centran fundamentalmente en dos temas:

A. Estudio de la turbulencia en un flujo con partículasB. Estudio de la turbulencia en el aprovechamiento de la energía eólica

En   el   primer   tema   se   estudia   el   efecto   unilateral   del   flujo   turbulento   sobre   las   partículas:velocidades, distribución, intensidad de la turbulencia etc, y luego la modulación de la turbulenciapor la presencia de las partículas. Se propone una modificación del modelo k­ε (ref. 1) para tener encuenta el  efecto disipativo de las pequeñas partículas que luego se aplica a chorros, a capas decortadura  y  a   flujo  en  conductos   (ref.  2).  Este  modelo  se  ha  extendido  al  caso  de   large  eddysimulation, aplicándose al flujo en conductos cerrados. Para estudiar el efecto sobre las partículasen el caso de un conducto cerrado se han utilizado resultados de una simulación numérica directa.(ref. 3).

En   el   segundo   tema,   se   estudian   las   características   de   la   turbulencia   en   las   estelas   de   lasaeroturbinas y de la turbulencia asociada a la orografía compleja (refs. 4 a 6). Es un tema de graninterés, ya que la vida de las aeroturbinas, fundamentalmente debido a las cargas por fatiga se vemuy influenciada por la turbulencia de la corriente incidente. Se ha creado diferentes programas deordenador, así como correlaciones para la estimación de estos efectos por parte de los promotores ydiseñadores de los parques eólicos.

1.   J. García and A. Crespo (2000)  "A turbulent model for gas­particle jets"  Journal of FluidsEngineering ASME, Septiembre 2000, vol. 122, nº 4, pp. 505­509.

2.   A.   Crespo,   A.   Granados,   J.   García    “A   model   for   gas­particle   turbulent   flows”  4th

International Conference on Multiphase Flow. New Orleans, Louisiana, USA ­ Mayo 27 a Junio1, 2001. Proceedings publicados en CD Rom

3.  A. Granados, A. Crespo, J. García “ Particle response in a turbulent pipe flow”  Proceedings ofthe Ninth European Turbulence and Euromech Conference, Southampton, Inglaterra, July 2­5,2002

4.  A. Crespo, J. Hernández and S. Frandsen (1999) “A Survey of Modelling Methods for Wind­Turbine Wakes and Wind Farms”  Wind Energy. Volume 2, Issue 1, 1999. Pages: 1­24.

5.   R.  Gómez,  A.  Crespo,  E.  Migoya,  F.  Manuel   “An explicit  algebraic   turbulent  model   toreproduce the anisotropy of the momentum  turbulent flows in a wind turbine wake.”  2003European Wind Energy Conference, Madrid. Publicado en proceedings. Junio 2003

6.   L.J.   Vermeer,   J.N.Sørensen   y   A.   Crespo   (2003)   “Wind   Turbine   Wake   Aerodynamics”Progress in Aerospace Sciences. Vol. 39. Issues 6­7. Agosto­Octubre 2003. pp. 467­510.

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Dep. de Ecuaciones Diferenciales y Análisis Numérico

Universidad de Sevilla

T. Chacó[email protected]

Algunas aplicaciones del análisis  matemático en el  modelado y simulación numérica de  laturbulencia

En esta comunicación describiremos varios usos del  análisis matemático para derivar y mejorarmodelos de turbulencia, actividad desarrollada en el Departamento de Ecuaciones Diferencialesy Análisis Numérico de la Universidad de Sevilla. En concreto, se trata de

• Justificación del modelo k­epsilon: Se deriva el modelo k­epsilon para turbulencia localmentehomogénea e isótropa mediante técnicas de homogeneización matemática. Esto permite calcularmediante métodos numéricos y analíticos las constantes de cierre.

• Aproximación   de   modelos   de   flujos   turbulentos   bicapa:   Elaboración  y   análisis   de   modelosnuméricos estables. Tratamiento de las condiciones de transmisión en la interfase para garantizarla estabilidad de la discretización.

• Estudio   de   modelos   de   turbulencia   generada   por   flotabilidad:   Análisis   de   la   estabilidad   dealgunos modelos estándar, y derivación de modelos estables. 

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Laboratorio de Investigación enTecnologías de la Combustión

CSIC – Univ. de Zaragoza – Gob. De Aragón

Luis Valiñ[email protected]

El Laboratorio de Investigación en Tecnologías de la Combustión (LITEC) es un centro mixto entreel   Consejo   Superior   de   Investigaciones   Científicas,   la   Diputación   General   de   Aragón,   y   laUniversidad de Zaragoza, ubicado en Zaragoza. El LITEC se creó por convenio de 20 de mayo de1991   como  centro  mixto  participado   exclusivamente  por   el  CSIC  y   la  Diputación  General   deAragón.  En Agosto de  1999, el  convenio fue  modificado para dar  entrada a   la  Universidad deZaragoza.  Como   su   nombre   indica,   el   Laboratorio   se   dedica   preferentemente   al   estudio  de   lacombustión,  partiendo  desde  sus  aspectos  más  básicos  hasta   sus  aplicaciones   tecnológicas.  Sinembargo, el campo de investigación se extiende de forma más amplia a toda el área de la Mecánica de  Fluidos,   incluyendo  técnicas   experimentales,  computacionales  y  analíticas.  Se  definen comoprincipales   campos   de   actividad   científica   la   combustión   básica   y   aplicada,   aerodinámica   ehidrodinámica industrial y estudios de contaminación. En algunos de estos campos el papel de laturbulencia es fundamental. Entre otros:• DNS y LES en flujos reactivos turbulentos• Flujos bifásicos• Desarrollo modelos estocásticos• Desarrollo de modelos avanzados de turbulencia y combustión.• Formación y reducción de contaminantes en combustión turbulenta.• Simulación de la dispersión de contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos en la atmósfera o en

masas de agua (ríos, lagos y pantanos, océanos).• Combinación de métodos CFD y PDF (Montecarlo)• Dispersión de partículas y contaminantes en la atmósfera• Aplicación de redes neuronales a sistemas de química compleja

Modelos de inyección y atomización de chorros y láminas liquidas 

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Grupo de Simulación NuméricaDpto. Combustibles Fósiles

CIEMATMadrid

Markus Uhlmann y Alfredo [email protected]

Nuestra investigación se centra en la actualidad sobre el estudio de las interacciones entre fluido ypartículas sólidas. Esta actividad se desarrolla siguiendo dos distintas lineas de investigación. 

En la primera se consideran partículas "grandes" frente a la escala macroscópica del flujo. Elestudio se lleva al cabo con técnicas de simulación directa, es decir imponiendo las condiciones decontorno exactas en la superficie de las partículas. El objetivo es el estudio de suspensiones densas(lechos fluidos). En particular, la descripción de las colisiones entre solido es un tema abierto y deinterés en el marco del presente proyecto. Se presentaran las técnicas numéricas empleadas yalgunos casos de validación.

En la segunda actividad se estudia el transporte de pequeñas partículas muy diluidas en un flujoturbulento de Poiseuille. Por ello se emplea una técnica de simulación directa aplicada al fluido yuna formulación Euleriana promediada para el transporte de las partículas. Se presentara tanto laformulación así como algunos resultados obtenidos en casos isotermos y non­isotermos.

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Grupo de Mecánica de Fluidos ComputacionalETSI Aeronáuticos

Universidad Politécnica de Madrid

Javier Jiménez

[email protected]

El grupo de mecánica de fluidos computacional de la E.T.S. de Ingenieros Aeronáuticos de Madridmantiene un programa amplio de estudio de la turbulencia y de la transición, en general basado entécnicas de simulación numérica. El grupo se compone de un catedrático (J.J.), un profesor asociado(Rafael Gómez­Blanco), un becario Ramón y Cajal (Vassilios Theofilis), una becaria postdoctoral(Gwenael   Hauet),   y   tres   estudiantes   de   doctorado.   El   grupo   mantiene   también   contactos   conempresas industriales, y en particular con ITP SA, con la que comparte un profesor asociado (RoqueCorral) que colabora en las tareas de investigación y que dirige a otros dos estudiantes de doctorado.Se resumen a continuación algunas de las areas de trabajo actuales:

1. Simulación numérica  de  canales   turbulentos  a  altos  números  de  Reynolds  (Juan C.  delálamo,   J.J.):   Se   estudian   mediante   simulación   numérica   directa   las   escalas   grandes   de   laturbulencia parietal a  R e=200−1900 , haciendo énfasis en su influencia en el escalado delespectro de energía y de las fluctuaciones de velocidad [1,2].

2. Simulación numerica de flujos turbulentos sobre paredes rugosas  (Oscar Flores, J.J.): Seestudia  el   efecto  de   la   rugosidad  de   la  pared  mediante   simulaciones  numéricas  directas  concondiciones de contorno artificiales. Los resultados indican que el efecto directo de las mismasestá confinado a una zona cercana a la pared [4,3].

3. Estabilidad lineal de flujos  (V.T.): Se estudia la estabilidad global de flujos esencialmente noparalelos mediante el análisis de sus autovalores. Se ha aplicado a la capa límite de borde deataque   [6],   a   la   transición   en   cavidades   forzadas   [7],   y   a   las   inestabilidades   de   burbujastransicionales [8].

4. Control de burbujas de separación transicionales en turbinas de baja presión (Mark Simens,J.J., R.C.): Se busca optimizar el efecto de las estelas producidas por los escalones anterioressobre la separación en los álabes de las turbinas.  Se han obtenido resultados preliminares sobrela optimización de los parámetros de forzado y sobre la integración de un código local de DNScon otro global RANS [5].

5. Control de la capa límite turbulenta  (J.J.,  G.H.,  V.T.,  R.G­B.):  Un programa a  largo plazorecién   iniciado,   en   colaboración   con  Airbus,   para  mejorar   las   características   de   los   avionescomerciales por medio del control de la capa límite. Incluye la simulación directa de burbujas deseparación y de los efectos de la rugosidad, dentro de una red amplia de laboratoriosEuropeos.

6. Control de estelas de cuerpos romos (R.G­B., V.T., J.J.): Se desarrollan algoritmos de controlactivo para reducir las fluctuaciones inducidas sobre cuerpos romos por las inestabilidades de susestelas.

7. Simulación de flujos geofísicos (J.J., G.H.)}: Se busca desarrollar la capacidad de simulación de

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flujos   geofísicos   a   nivel   sinóptico,   con   la   intención   de   mejorar   la   comprensión   de   susmecanismos físicos. Recién iniciado, se desarrolla por ahora con un estudiante de pregrado (JeanFanielle) dentro de una red Europea.

Referencias

1.  Del Álamo, J.C. & Jiménez, J. (2003) Phys. Fluids 15 L41­L44.

2.  Del Álamo, J.C., Jiménez, J., Zandonade, P. & Moser, R.D. (2004) J. Fluid Mech. 500, 135—144

3.  Flores, O. & Jiménez, J. (2004) Proc. ETC 10, Trondheim.

4. Jiménez, J. (2004) Ann. Rev. Fluid Mech.  36, 173—196

5. Simens, M.P. & Jiménez, J. (2004) Proc. ETC 10, Trondheim.

6. Theofilis, V., Fedorov, A., Obrist, D. & Dallmann, U.Ch. (2003) J. Fluid Mech. 487, 271 – 313

7. Theofilis, V., Duck, P.W. & Owen, J. (2004) J. Fluid Mech., in press

8. Theofilis, V., Hein, S. & Dallmann, U.Ch. (2000) Phil. Trans. Roy. Soc. London A 358. 3229—3246.