Aprèn - María Isabel Mercader Calvo

Flows driven by temperature gradients in the presence of a gravity field have interest in geophysical flows and in many engineering applications (heat transfer, crystal growth, storage tanks, etc ). Special attention deserves the case of binary fluids. Thermal convection in a binary fluid layer heated from below is a system that exhibits a great variety of pattern forming phenomena when driven away from equilibrium. In binary mixtures, the concentration flux depends both on concentration and temperature gradients. When rotation is introduced in the system, the competition between rotation and thermal buoyancy gives rise to a rich dynamics of great importance to atmospheric and oceanic circulations. So basically, on this final grade work we studied the behavior of a water ethanol mixture confined in a rotating vertical cylinder, where a temperature gradient is applied in the vertical direction. In order to do this we have opted to use numerical simulation, more specifically we have used a code developed by the Fluid Dynamics Group of the UPC, based on a pseudo spectral method (collocation). We focused on the stability linear analysis. In particular, we studied the linear stability of the water ethanol mixture in two different aspect ratios (ratio between cylinder's radius and its height): A small one, ?= 1 and a bigger one, ?= 2,76.

Los flujos impulsados por gradientes de temperatura en presencia de un campo gravitatorio tienen interés en los flujos geofísicos y en muchas aplicaciones de ingeniería (transferencia de calor, crecimiento de cristales, tanques de almacenamiento, etc.). Merece especial atención el caso de los fluidos binarios. La convección térmica en una capa de fluido binario calentada desde abajo es un sistema que exhibe una gran variedad de fenómenos de formación de patrones cuando se aleja del equilibrio. En las mezclas binarias, el flujo de concentración depende tanto de la concentración como de los gradientes de temperatura. Cuando se introduce la rotación en el sistema, la competencia entre la rotación y la flotabilidad térmica da lugar a una rica dinámica de gran importancia para las circulaciones atmosféricas y oceánicas. Así que básicamente, en este trabajo de final de grado estudiamos el comportamiento de una mezcla de etanol de agua confinada en un cilindro vertical giratorio, donde se aplica un gradiente de temperatura en la dirección vertical. Para ello hemos optado por la simulación numérica, más concretamente hemos utilizado un código desarrollado por el Grupo de Dinámica de Fluidos de la UPC, basado en un método pseudo espectral (colocación). Nos centramos en el análisis lineal de estabilidad. En particular, se estudió la estabilidad lineal de la mezcla de etanol de agua en dos contenedores de tamaño diferente (? se define como la relación entre el radio del cilindro y su altura): Uno pequeño, ?= 1 y otro más grande, ?= 2,76.

Els fluxos impulsats per gradients de temperatura en presència d'un camp gravitatori tenen interès en els fluxos geofísics i en moltes aplicacions d'enginyeria (transferència de calor, creixement de cristalls, tancs d'emmagatzematge, etc.). Mereix especial atenció el cas dels fluids binaris. La convecció tèrmica en una capa de fluid binari escalfada des de baix és un sistema que exhibeix una gran varietat de fenòmens de formació de patrons quan s'allunya de l'equilibri. En les mescles binàries, el flux de concentració depèn tant de la concentració com dels gradients de temperatura. Quan s'introdueix la rotació en el sistema, la competència entre la rotació i la flotabilitat tèrmica dóna lloc a una rica dinàmica de gran importància per a les circulacions atmosfèriques i oceàniques. Així que bàsicament, en aquest treball de final de grau estudiem el comportament d'una mescla d'etanol d'aigua confinada en un cilindre vertical giratori, on s'aplica un gradient de temperatura en la direcció vertical. Per a això hem optat per la simulació numèrica, més concretament hem utilitzat un codi desenvolupat pel Grup de Dinàmica de Fluids de la UPC, basat en un mètode pseudo espectral (col·locació). Ens centrem en l'anàlisi lineal d'estabilitat. En particular, s'ha estudiat l'estabilitat lineal de la mescla d'etanol d'aigua en dos contenidors de grandària diferent (? es defineix com la relació entre el radi del cilindre i la seva altura): Un petit, ?=1 i un altre més gran, ?=2,76.