Desarrollo de un método Galerkin discontinuo para la simulación numérica detallada de evaporación de gotas

Betrán Hernando, Daniel
Colera Rico, Manuel (dir.) ; Muelas Expósito, Álvaro (dir.)

Ballester Castañer, Javier Manuel (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2024
Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, Área de Mecánica de Fluidos

Graduado en Ingeniería Mecánica

Resumen: Los combustibles líquidos, debido a sus características, han sido y son imprescindibles en la sociedad. En la mayoría de aplicaciones, estos combustibles son inyectados en cámaras de combustión en forma de un spray, el cual está formado por una gran cantidad de gotas de pequeño tamaño. Al entrar en un ambiente de alta temperatura, estas gotas incrementan su temperatura y se evaporan, siendo el vapor de estas el que, tras mezclarse con el gas circundante, experimenta reacciones de combustión. A la hora de estudiar detalladamente este complejo proceso se hace necesario el uso de herramientas numéricas que permitan modelar los procesos de transferencia de masa y energía entre la fase líquida y gas de una gota aislada. El objetivo principal de este Trabajo Fin de Grado es precisamente el desarrollo de un modelo numérico que permita simular detalladamente el proceso de evaporación de una gota. Para el desarrollo de este modelo se ha hecho uso del método de discretización espacial conocido como Galerkin discontinuo (DG), el cual permite emplear funciones de aproximación de orden elevado, con una notable mejora la precisión de las soluciones. La discretización temporal ha sido realizada mediante el uso de un novedoso método conocido como EIN–RK (Explicit–Implicit–Null Runge–Kutta), este permite obtener resultados con una gran eficiencia y estabilidad. Se ha desarrollado un modelo numérico para la simulación de una gota monocomponente evaporando en un ambiente multicomponente, suponiendo que las propiedades tanto del líquido como del gas se mantienen constantes. El modelo ha sido validado de forma detallada, dando resultados satisfactorios en todas las validaciones planteadas. Se considera que este modelo numérico puede servir de base para futuras ampliaciones, así como para estudios de investigación relacionados con diversos fenómenos que tienen lugar en la evaporación y combustión de gotas en condiciones de alta temperatura.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado