Estructuras de recirculación en un contenedor cilíndrico

• Autores: Piva, Marcelo Fabián
• Año de publicación: 2000
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Calvo, Adriana Leila; Wesfreid, José Eduardo
• Materia: VORTICE; RECIRCULACION; FLUJO ROTANTE; RUPTURA DEL VORTICE; KELVIN-HELMHOLTZ; VORTEX; RECIRCULATION; ROTATING FLOW; VORTEX BREAKDOWN; KELVIN-HELMOLTZ INSTABILITY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En este trabajo se presenta un estudio experimental sobre el flujo producidopor un rotor en el fondo de un cilindro vertical lleno parcialmente con unlíquido. Esta configuracion geométrica genera un flujo rotante en el planoparalelo al eje de simetría y un flujo recirculante en planos meridionales. De entre los parámetros que gobiernan el proceso el número de Reynolds es,quizás, el más importante por lo que el estudio abarca una extensa gama devalores de este parámetro, cubriendo prácticamente cinco décadas. Se ha dividido el campode estudio en tres regiones: Reynolds pequeños,medianos y grandes. Trabajando en el primer régimen se observó el fenómeno deruptura del vórtice (vortex breakdown)sólo en la configuración experimentalen la que el disco cubre totalmente el fondo del recinto. Esta observación motivó la realización de experiencias numéricas quedemuestran que la relación entre el radio del disco y el radio del cilindroes un factor muy importante en el umbral de ruptura del vórtice. En el rango de Reynolds medios se comprobó que el flujo pierde la simetríaaxial y transita a un estado caracterizado por la aparición de vórticesverticales encadenados al eje de rotación. Se caracteriza la inestabilidad através de diferentes técnicas experimentales. En el rango de Reynolds grandes se observa la formación de un filamentovorticoso que presenta fluctuaciones en su intensidad. Analizando elmovimiento de particulas en la superficie libre se identifica un movimientocorrotativo de precesión y mediante la colocación de una paleta deflectora seestudia la destrucción del filamento y la subsiguiente redistribución de lavorticidad.
An experimental study on the flow produced by a rotating disk at the bottomwall of a vertical cylinder partially filled with a liquid is presented. Thisgeometrical configuration generate a rotating flow in a plane parallel to thesymmetry axis and a recirculating flow in meridian planes. Several parameters govern the dynamics of the flow, among them the Reynoldsnumber can be considered as one of the most important. Taking this intoaccount this study covers a wide range of Reynolds numbers with values up tofive decades. The working field has been divided into three regions: small, medium andlarge Reynolds numbers. In the first regime, vortex breakdown phenomena wasobserved only when the disk radius was equal to the cylinder radius. Numerical simulations demonstrated that the ratio between the disk radius andthe cylinder radius is an important factor determining the onset of vortexbreakdown. In the second region it was observed that the flow becomes unstable with atransition to a state with n vertical vortex around the symmetry axis. Thisshear instability was characterized with different experimental techniques. In the third region the formation of a vortical filament with fluctuatingintensity is observed. with particles at the free surface a precessing motionof the filament was identified. By placing a deflective blade the destructionof the filament and the vorticity redistribution was studied.
Fil: Piva, Marcelo Fabián. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.