Caracterización experimental y numérica de interacciones entre ondas de choque y turbulencia en flujos de fluidos compresibles basada en el uso de técnicas de medición óptica y dinámica de fluidos computacional

Las ventajas de los ciclos de detonación involucrando combustión supersónica han sido reconocidas desde hace varias décadas. Sin embargo, estos ciclos, que son más eficientes que los usados actualmente en aplicaciones comerciales (basados en combustión subsónica y diversas variantes del ciclo Brayton de presión constante), no han sido implementados aún en sistemas de generación de potencia operando en flujo continuo. Esto ocurre porque hay aún varios desafíos técnicos que deben ser primeramente superados. Uno de estos está relacionado con la fuerte interacción entre ondas de choque, turbulencia y reacción química que ocurre en dichos sistemas, la cual continúa poco entendida. Por tanto, este proyecto tiene como objetivo caracterizar experimental y numéricamente interacciones entre ondas de choque y turbulencia. La caracterización experimental será realizada en un túnel de viento supersónico usando técnicas de Schlieren y velocimetría por imágenes de partículas (PIV), y la caracterización numérica usando modelos numéricos de alta fidelidad desarrollados para este propósito. Estas caracterizaciones permitirán obtener una mayor comprensión de la forma en que las referidas interacciones afectan tanto los procesos de inyección y mezcla de reactantes en máquinas de detonación rotativas (RDE), como los mecanismos que controlan la propagación estable de ondas de detonación en este tipo de máquinas. Posibles áreas de aplicación futura de los resultados de este proyecto incluyen máquinas térmicas basadas en turbinas de gas usadas en aeronaves, embarcaciones marinas y generación de potencia, y en motores usados en propulsión hipersónica. Es esperado que los resultados de este proyecto posibiliten en el futuro el diseño de la próxima generación de plantas de potencia, más eficientes y con menor impacto ambiental. Este proyecto tiene impactos significativos, pues, al buscar reducir el impacto ambiental, sus resultados benefician a toda la población y a la sociedad en general.

El objetivo general de este proyecto es caracterizar experimental y numéricamente las interacciones entre ondas de choque y turbulencia en flujos de fluidos compresibles basado en el uso de técnicas de medición óptica y dinámica de fluidos computacional.

1. Determinar el estado del arte relativo a la caracterización experimental y numérica de interacciones entre ondas de choque y turbulencia en flujos turbulentos compresibles de alta velocidad. 2. Diseñar, construir y verificar una instalación experimental basada en técnicas de Schlieren y velocimetría por imágenes de partículas (PIV) para caracterizar experimentalmente interacciones entre ondas de choque y turbulencia. 3. Desarrollar modelos numéricos de alta fidelidad para caracterizar numéricamente interacciones entre ondas de choque y turbulencia. 4. Caracterizar experimental y numéricamente interacciones entre ondas de choque y turbulencia usando la instalación experimental y los modelos numéricos desarrollados, y analizar la influencia de estas interacciones en los fenómenos de transición de deflagración a detonación (DDT) y en la propagación estable de ondas de detonación.

Sumado a los obligatorios de la convocatoria: • Formación de recursos humanos altamente especializados en los temas experimentales y numéricos abordados en el ámbito de este proyecto. • Consolidación de la línea de investigación en flujo de fluidos en el grupo FPCE/PUCP, cuya amplia experiencia en modelamiento numérico es reconocida, pero que aún falta mucho por recorrer en la parte experimental objeto de este proyecto. • Instalación experimental basada en técnicas de Schlieren y velocimetría por imágenes de partículas (PIV) útil para la caracterización experimental de interacciones entre ondas de choque y turbulencia en flujos turbulentos compresibles de alta velocidad. • Modelos numéricos de alta fidelidad capaces de caracterizar numéricamente interacciones entre ondas de choque y turbulencia en flujos turbulentos compresibles de alta velocidad. • Mayor entendimiento de los fenómenos físicos caracterizando interacciones entre ondas de choque y turbulencia, y el rol que estas desempeñan en los fenómenos de transición de deflagración a detonación (DDT) y en la propagación estable de ondas de detonación.

Investigacion basica

Multidisciplinario

CO-FINANCIADO

LIMA - LIMA - SAN MIGUEL

• 13 — Ciencias e ingeniería de la energía

Ciencias naturales - Informática y Ciencias de la Información - Ciencias de la computación

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL