Estudiamos la propagaci´on de frentes qu´ımicos acoplados a efectos de
convecci´on debido a gradientes t´ermicos. Los frentes de reacci´on separan
fluidos de diferentes densidades debido a gradientes t´ermicos y de composici´on. Estas diferencias de densidad puede causar convecci´on. Los frentes
pueden describirse mediante una aproximaci´on de frente delgado que separa
producto y reactivo en el fluido. Para describir inestabilidades difusivas,
el frente evoluciona seg´un la ecuaci´on de Kuramoto-Sivashinsky. Encontramos que el calor producido por la reacci´on genera convecci´on en frentes
exot´ermicos que se propagan hacia arriba. Si el fluido de mayor densidad
se encuentra encima el fluido de menor densidad, las fuerzas de flotaci´on
pueden generar convecci´on. Encontramos que puede aparecer convecci´on si
el frente se propaga hacia abajo. Este caso describe fluido de menor densidad en la parte superior. Tambi´en estudiamos la evoluci´on no lineal de la
ecuaci´on de Kuramoto-Sivashinsky acoplada a hidrodin´amica. Observamos
aumento de velocidad para frentes que se propagan en canales estrechos
debido a la convecci´on. Analizamos el efecto de las p´erdidas de calor en la
propagaci´on de frentes de reacci´on. La p´erdida de calor depende del n´umero
de Biot, que representa la cantidad de flujo de calor a trav´es de las fronteras.
Para frentes que se propagan verticalmente, encontramos transiciones entre
frentes axisim´etricos y no axisim´etricos, adem´as de regiones de bistabilidad
entre ellos. Para frentes que se propagan horizontalmente, la velocidad del
frente aumenta a medida que aumentamos el ancho del canal, pero la raz´on
de aumento es m´as r´apida para n´umeros de Biot bajos. / We study chemical front propagation coupled to convection driven by
thermal gradients. Reaction fronts separate fluids of different densities due
to thermal and compositional gradients. We analyze the presence of convection due to these density differences. Reaction fronts can be described
by a thin front approximation that separates reacted from unreacted fluid.
For fronts undergoing diffusive instabilities, the front evolution equation
corresponds to a Kuramoto-Sivashinsky equation. A horizontal flat front
propagating in the vertical direction can exhibit additional instabilities due
to density gradients. We found that heat released by the reaction at the
front leads to convection for exothermic fronts propagating upward. A positive thermal expansion coefficient will place a higher density fluid above
a fluid of lower density, therefore buoyancy forces may lead to convection.
However, we also found that convection can appear if the front propagates
downward, having the lower density fluid on top. We also solved the nonlinear evolution for the Kuramoto-Sivashinsky equation coupled to hydrodynamics. This shows an increase of speed for fronts propagating in narrow
channels due to convection. We also analyze the effect of heat losses on
the propagation of reaction fronts. Heat losses depend on a Biot number,
which represents the amount of heat flow through the boundary. For vertical
propagating fronts, we find transitions between axisymmetric and nonaxisymmetric fronts, and regions of bistability between them. For horizontal
propagating fronts, the speed of the front increases as we increase the layer
width, but the rate of increase is faster for low Biot numbers.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:PUCP/oai:tesis.pucp.edu.pe:20.500.12404/28669 |
| Date | 13 August 2024 |
| Creators | Guzman Ramirez, Roberto Antonio |
| Contributors | Vasquez Rodriguez, Desiderio Augusto |
| Publisher | Pontificia Universidad Católica del Perú, PE |
| Source Sets | Pontificia Universidad Católica del Perú |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf, application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/pe/ |
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