Projection of particles from the turbulent flow: the fundamental link to the understanding of erosive wear mechanism
| dc.catalogador | pva | |
| dc.contributor.advisor | Walczak, Magdalena | |
| dc.contributor.advisor | Messa, Gianandrea | |
| dc.contributor.author | Espinoza Jara, Ariel Orlando | |
| dc.contributor.other | Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería | |
| dc.date.accessioned | 2025-09-05T15:45:48Z | |
| dc.date.available | 2025-09-05T15:45:48Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2025 | |
| dc.description | Tesis (Doctor of Philosophy)--Politecnico di Milano, 2025 | |
| dc.description.abstract | Esta tesis profundiza en la comprensión del desgaste por erosión turbulenta en flujos con partículas en suspensión, mediante el estudio de las estructuras turbulentas coherentes, particularmente los Movimientos a Gran Escala (LSM, por sus siglas en inglés) y potencialmente los Movimientos a Escala Muy Grande (VLSM). Estas estructuras concentran una contribución significativa de la energía cinética turbulenta, llegando hasta un 60%, la cual puede transferirse a las partículas arrastradas, impulsándolas hacia las superficies y generando erosión. El análisis revela evidencia clara de la relación entre la dinámica de estas estructuras y las velocidades y ángulos de impacto de las partículas observados experimentalmente a partir del análisis inverso de las huellas de desgaste, lo que confirma la hipótesis central de que las estructuras turbulentas gobiernan el proceso erosivo en estos sistemas. Se identificaron parámetros clave del flujo y de las partículas como: el número de Reynolds, el número de Stokes, la concentración de sólidos, el ángulo de impacto y la velocidad de imapcto, que influyen directamente en la frecuencia y distribucion de los impactos erosivos. El estudio integra técnicas de simulación avanzadas (Simulación de Grandes Vortices, LES, acoplada con el modelo Multi-Phase Particle-in-Cell, MPPIC) junto con herramientas experimentales innovadoras como la Velocimetría por Imágenes de Ultrasonido (UPIV) y la Velocimetría por Seguimiento de Partículas (PTV), permitiendo caracterizar tanto la turbulencia de la fase líquida como el comportamiento de las partículas en las proximidades de las superficies sólidas. De manera relevante, los resultados respaldan un cambio hacia modelos de erosión basados en la energía transferida desde el flujo hacia la superficie, considerando la dureza del material erosionado y las estructuras coherentes del flujo, en contraposición a los enfoques tradicionales basados en el esfuerzo de fluencia. Un análisis de reducción de orden mediante POD y transformadas wavelet demostró que un número reducido de modos energéticos es capaz de predecir la coherencia espacio-temporal de eventos del tipo ”Sweep” responsables de los impactos de partículas. Además, se validó el uso de partículas equivalentes en tiempo de respuesta de Stokes, lo cual permitió simular partículas experimentales de mayor tamaño de forma eficiente sin comprometer la resolución de LES. Aunque persisten desafíos, como cuantificar la pérdida de masa superficial a largo plazo y mejorar la resolución de estos fenómenos cerca de la pared, este trabajo establece una base sólida para la modelación predictiva del desgaste por erosión turbulenta. Plantea los fundamentos para el desarrollo futuro de modelos más precisos, eficientes computacionalmente y validados experimentalmente, con aplicación directa en sistemas industriales de manejo de pulpas como lo son las tuberías. | |
| dc.description.funder | ANID/FONDECYT | |
| dc.description.funder | ANID/FONDEF | |
| dc.fechaingreso.objetodigital | 2025-09-05 | |
| dc.format.extent | xx, 207 páginas | |
| dc.fuente.origen | SRIA | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.uc.cl/handle/11534/105562 | |
| dc.information.autoruc | Escuela de Ingeniería; Walczak, Magdalena; 0000-0003-2070-9458; 1007559 | |
| dc.information.autoruc | Escuela de Ingeniería; Espinoza Jara, Ariel Orlando; S/I; 1086412 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.nota.acceso | contenido completo | |
| dc.rights | acceso abierto | |
| dc.subject | Desgaste por erosión turbulenta | |
| dc.subject | Estructuras turbulentas coherentes | |
| dc.subject | Flujos cargados de partículas | |
| dc.subject | Simulación de Grandes Vortices (LES) | |
| dc.subject | Análisis de POD | |
| dc.subject | Wavelets | |
| dc.subject.ddc | 620 | |
| dc.subject.dewey | Ingeniería | es_ES |
| dc.subject.ods | 06 Clean water and sanitation | |
| dc.subject.odspa | 06 Agua limpia y saneamiento | |
| dc.title | Projection of particles from the turbulent flow: the fundamental link to the understanding of erosive wear mechanism | |
| dc.type | tesis doctoral | |
| sipa.codpersvinculados | 1007559 | |
| sipa.codpersvinculados | 1086412 |