Estudio numérico y analítico de inestabilidades en flujos bifásicos

Résumé

Se ha llevado a cabo un estudio teórico de inestabilidades en flujos de dos fases compuestos por gas y partículas. El flujo alrededor de las partículas se ha considerado laminar en todos los casos analizados. Se han utilizado modelos de flujos separados para el estudio del flujo considerando cada fase como un continuo. Se ha examinado un amplio espectro de nebulizaciones, con cargas de partículas variando desde la de un tapón totalmente empaquetado hasta la de un flujo diluido con partículas dispersas son estables. Todos los otros rangos con cargas volumétricas intermedias son inestables frente a perturbaciones bidimensionales. Se ha llevado a cabo la simulación numérica de camas fluidas inestables formadas por gas y partículas sólidas. En una cama de partículas, la corriente vertical de gas ejerce una fuerza de rozamiento sobre las partículas que puede llegar a compensar el peso de estas. En esa situación las partículas flotan fluidizadas por el gas. Las perturbaciones introducidas en el estado de fluidización uniforme crecen para formar frentes de concentración perpendiculares al flujo principal. Mientras los frentes de concentración se corrugan mediante un mecanismo bidimensional, para formar más tarde burbujas llenas de fluido sin partículas. La inestabilidad que corruga los frentes ha sido estudiada analíticamente para nebulizaciones diluidas y es similar a la de Rayleigh-Taylor. En todos las simulaciones realizadas la evolución del flujo es siempre la misma: desarrollo de frentes de concentración, formación de burbujas e interacción entre estas coalesciendo para formar canaladuras.