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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.3.2008.tde-13082008-010924
Documento
Autor
Nombre completo
Jorge Andrés Julca Avila
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2008
Director
Tribunal
Pimenta, Marcos de Mattos (Presidente)
Santos, Luis Carlos de Castro
Simões-Moreira, José Roberto
Vieira, Marcelo Mendes
Volpe, Ernani Vitillo
Título en portugués
Solução numérica em jatos de líquidos metaestáveis com evaporação rápida.
Palabras clave en portugués
Escoamento bifásico
Esquema de MacCormack
Evaporação rápida
Lei de conservação
Ondas de choque
Resumen en portugués
Este trabalho estuda o fenômeno de evaporação rápida em jatos de líquidos superaquecidos ou metaestáveis numa região 2D. O fenômeno se inicia, neste caso, quando um jato na fase líquida a alta temperatura e pressão, emerge de um diminuto bocal projetando-se numa câmara de baixa pressão, inferior à pressão de saturação. Durante a evolução do processo, ao cruzar-se a curva de saturação, se observa que o fluido ainda permanece no estado de líquido superaquecido. Então, subitamente o líquido superaquecido muda de fase por meio de uma onda de evaporação oblíqua. Esta mudança de fase transforma o líquido superaquecido numa mistura bifásica com alta velocidade distribuída em várias direções e que se expande com velocidades supersônicas cada vez maiores, até atingir a pressão a jusante, e atravessando antes uma onda de choque. As equações que governam o fenômeno são as equações de conservação da massa, conservação da quantidade de movimento, e conservação da energia, incluindo uma equação de estado precisa. Devido ao fenômeno em estudo estar em regime permanente, um método de diferenças finitas com modelo estacionário e esquema de MacCormack é aplicado. Tendo em vista que este modelo não captura a onda de choque diretamente, um segundo modelo de falso transiente com o esquema de "shock-capturing": "Dispersion-Controlled Dissipative" (DCD) é desenvolvido e aplicado até atingir o regime permanente. Resultados numéricos com o código ShoWPhasT-2D v2 e testes experimentais foram comparados e os resultados numéricos com código DCD-2D v1 foram analisados.
Título en inglés
Numerical solution in jet of liquid superheat with rapid evaporation.
Palabras clave en inglés
Dispersion-Controlled Dissipative (DCD) scheme
MacCormack scheme
Rapid evaporation (flashing)
Shock wave
Shock-capturing schemes
System of conservation laws
Two-phase flow
Resumen en inglés
This study analyses the rapid evaporation of superheated or metastable liquid jets in a two-dimensional region. The phenomenon is triggered, in this case, when a jet in its liquid phase at high temperature and pressure, emerges from a small aperture nozzle and expands into a low pressure chamber, below saturation pressure. During the evolution of the process, after crossing the saturation curve, one observes that the fluid remains in a superheated liquid state. Then, suddenly the superheated liquid changes phase by means of an oblique evaporation wave. This phase change transforms the liquid into a biphasic mixture at high velocity pointing toward different directions, with increasing supersonic velocity as an expansion process takes place to the chamber back pressure, after going through a compression shock wave. The equations which govern this phenomenon are: the equations of conservation of mass, momentum and energy and an equation of state. Due to its steady state process, the numerical simulation is by means of a finite difference method using the McCormack method of Discretization. As this method does not capture shock waves, a second finite difference method is used to reach this task, the method uses the transient equations version of the conservation laws, applying the Dispersion-Controlled Dissipative (DCD) scheme. Numerical results using the code ShoWPhasT-2D v2 and experimental data have been compared, and the numerical results from the DCD-2D v1 have been analysed.
 
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Fecha de Publicación
2008-08-21
 
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