Formación y estabilidad de chorros coaxiales bifásicos. Aplicación a la generación de burbujas

Abstract

En esta Tesis Doctoral se estudian ciertos aspectos novedosos en relación con la formación y la estabilidad de chorros coaxiales bifásicos, de particular relevancia en sistemas como reactores químicos. Primero se investiga la estabilidad espacio-temporal de dos corrientes paralelas con relación de diámetros finita. El estudio incluye el cálculo de curvas de transición entre inestabilidad convectiva y absoluta como función de los parámetros adimensionales relevantes del problema. Se ha identificado un nuevo modo de inestabilidad, que es responsable de la aparición de inestabilidad absoluta en el flujo. Como extensión natural al cálculo de estabilidad, se investiga la generación de burbujas en una corriente coaxial gas-líquido, mediante experimentos y modelización teórica. Se han encontrado dos regímenes distintos dependiendo del valor de la relación de velocidad líquido/gas: un régimen de burbujeo periódico para relaciones de velocidad suficientemente pequeñas, y un régimen de chorro para relaciones de velocidad superiores a cierto valor crítico. La transición entre ambos regímenes se explica satisfactoriamente mediante la transición de la inestabilidad local del chorro en el campo cercano de absoluta a convectiva. Asimismo, se ha desarrollado un modelo teórico simplificado que describe el proceso de formación periódica de burbujas, dando un buen acuerdo con las medidas experimentales. Finalmente, se realiza un estudio teórico y experimental del chorro gas-líquido sumergido. El análisis de estabilidad espacio-temporal llevado a cabo incluye los efectos de la tensión superficial y de la capa de cortadura exterior simultáneamente. Por otro lado, los resultados experimentales muestran la existencia de dos regímenes de flujo: en el primer régimen el flujo es marcadamente periódico debido al mismo mecanismo de expansión y colapso de burbujas descrito previamente. En el segundo régimen, el flujo es tambié