Radial displacement of a fluid annulus in a rotating Hele-Shaw cell

The radial displacement of a fluid annulus in a rotating circular HeleShaw cell has been investigated experimentally. It has been found that the flow depends sensitively on the wetting conditions at the outer interface. Displacements in a prewet cell are well described by Darcy"s law in a wide range of experimental parameters, with little influence of capillary effects. In a dry cell, however, a more careful analysis of the interfacemotion is required; the interplay between a gradual loss of fluid at the inner interface, and the dependence of capillary forces at the outer interface on interfacial velocity and dynamic contact angle, result in a constant velocity for the interfaces. The experimental results in this case correlate in the form of an empirical scaling relation between the capillary number Ca and a dimensionless group, related to the ratio of centrifugal to capillary forces, which spans about three orders of magnitude in both quantities. Finally, the relative thickness of the coating film left by the inner interface is obtained as a function of Ca.

Estudi d’un assecador industrial: simulació i optimització de l’assecatge de xoriç mitjançant programari informàtic CFD

Una empresa familiar d’embotits ecològics especialitzada en l’elaboració de xoriç, volampliar la seva producció. Té com apart clau el procés d’estufatge i l’assecament. Aquests processos, que tenen lloc alsassecadors, consisteixen en fer re-circular aire a unes temperatures determinades durant unscerts temps, refredant aquest aire quan surt de la sala per extreure’n part del vapor d’aiguaque conté, i tornant-lo a escalfar per poder absorbir més aigua en tornar entrar a la sala.L’abast d’aquest projecte consisteix en la descripció del funcionament dels assecadors,i la realització de simulacions de flux d’aire i temperatura per tal de poder optimitzar unassecador concret. Dins aquest assecador es faran modificacions com pot ser l’alçada lliure quequeda entre la filera més elevada de xoriç i el sostre o el radi inferior que tenen aquestsaparells per tal d’obtenir una geometria òptima d’una sala d’assecatge. L’estudi que es duu a terme consta del comportament del flux d’aire i del flux detemperatura per tal de poder observar els punts crítics i poder determinar els paràmetres queinflueixen en el seu bon funcionament

Using computational fluid dynamics to predict head losses in the auxiliary elements of a microirrigation sand filter

It is often assumed that total head losses in a sand filter are solely due to the filtration media and that there are analytical solutions, such as the Ergun equation, to compute them. However, total head losses are also due to auxiliary elements (inlet and outlet pipes and filter nozzles), which produce undesirable head losses because they increase energy requirements without contributing to the filtration process. In this study, ANSYS Fluent version 6.3, a commercial computational fluid dynamics (CFD) software program, was used to compute head losses in different parts of a sand filter. Six different numerical filter models of varying complexities were used to understand the hydraulic behavior of the several filter elements and their importance in total head losses. The simulation results show that 84.6% of these were caused by the sand bed and 15.4% were due to auxiliary elements (4.4% in the outlet and inlet pipes, and 11.0% in the perforated plate and nozzles). Simulation results with different models show the important role of the nozzles in the hydraulic behavior of the sand filter. The relationship between the passing area through the nozzles and the passing area through the perforated plate is an important design parameter for the reduction of total head losses. A reduced relationship caused by nozzle clogging would disproportionately increase the total head losses in the sand filter

Accounting for adsorption and desorption in Lattice Boltzmann simulations

We report a Lattice-Boltzmann scheme that accounts for adsorption and desorption in the calculation of mesoscale dynamical properties of tracers in media of arbitrary complexity. Lattice Boltzmann simulations made it possible to solve numerically the coupled Navier-Stokes equations of fluid dynamics and Nernst-Planck equations of electrokinetics in complex, heterogeneous media. With the moment propagation scheme, it became possible to extract the effective diffusion and dispersion coefficients of tracers, or solutes, of any charge, e.g., in porous media. Nevertheless, the dynamical properties of tracers depend on the tracer-surface affinity, which is not purely electrostatic and also includes a species-specific contribution. In order to capture this important feature, we introduce specific adsorption and desorption processes in a lattice Boltzmann scheme through a modified moment propagation algorithm, in which tracers may adsorb and desorb from surfaces through kinetic reaction rates. The method is validated on exact results for pure diffusion and diffusion-advection in Poiseuille flows in a simple geometry. We finally illustrate the importance of taking such processes into account in the time-dependent diffusion coefficient in a more complex porous medium.

Chaotic dynamics of electric-field domains in periodically driven superlattices

Self-sustained time-dependent current oscillations under dc voltage bias have been observed in recent experiments on n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling. The current oscillations are caused by the motion and recycling of the domain wall separating low- and high-electric-field regions of the superlattice, as the analysis of a discrete drift model shows and experimental evidence supports. Numerical simulation shows that different nonlinear dynamical regimes of the domain wall appear when an external microwave signal is superimposed on the dc bias and its driving frequency and driving amplitude vary. On the frequency-amplitude parameter plane, there are regions of entrainment and quasiperiodicity forming Arnold tongues. Chaos is demonstrated to appear at the boundaries of the tongues and in the regions where they overlap. Coexistence of up to four electric-field domains randomly nucleated in space is detected under ac+dc driving.

Chaos in resonant-tunneling superlattices

Spatiotemporal chaos is predicted to occur in n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling as their main charge transport mechanism. Under dc voltage bias, undamped time-dependent oscillations of the current (due to the motion and recycling of electric field domain walls) have been observed in recent experiments. Chaos is the result of forcing this natural oscillation by means of an appropriate external microwave signal.

Simulació de vent en temps real per paisatges

La simulació de la realitat és un fenomen que va sorgir fa uns anys per tal de predir esdeveniments sense haver de malbaratar recursos. El problema inicial de la simulació va ser la necessitat de simplificar la realitat a causa de la manca de capacitat dels ordinadors de l’època. Amb aquest projecte volem ajudar, per exemple, a estudis científics sobre la difusió de la contaminació en grans nuclis a causa de l’efecte del vent, càlculs de trajectòries amb forces externes degudes al vent, o incorporar en el món de la multimèdia efectes realistes de vent. El principal objectiu d’aquest projecte és desenvolupar un sistema que permeti realitzar simulacions realistes de vent per un paisatge 2D, i estudiar com el vent és veu afectat per la geometria de l’escena. Un punt important, és que tot ha de ser en temps real. Per aconseguir-ho, utilitzarem tècniques basades en el mètode de Lattice-Boltzmann, el qual consisteix en una xarxa regular que representa el fluid en posicions discretes, i estudiar com flueix. Escollint els paràmetres correctes de la simulació, es pot demostrar que aquest mètode convergeix a les equacions continues de Navier-Stokes, les qual són les més importants per descriure el comportament macroscòpic d’un fluid. Per accelerar tots els càlculs, utilitzarem la capacitat i la potencia de les targes gràfiques, ajustarem l’algorisme per poder-lo utilitzar en paral•lel, tot tenint en compte les restriccions de les GPUs. També haurem de generar un sistema per poder llegir les escenes 2D sobre les que realitzarem la simulació. Finalment, haurem de “pintar” el vent per tal de poder visualitzar el resultat de la simulació

Fragile-glass behavior of a short-range p-spin model

We propose a short-range generalization of the p-spin interaction spin-glass model. The model is well suited to test the idea that an entropy collapse is at the bottom line of the dynamical singularity encountered in structural glasses. The model is studied in three dimensions through Monte Carlo simulations, which put in evidence fragile glass behavior with stretched exponential relaxation and super-Arrhenius behavior of the relaxation time. Our data are in favor of a Vogel-Fulcher behavior of the relaxation time, related to an entropy collapse at the Kauzmann temperature. We, however, encounter difficulties analogous to those found in experimental systems when extrapolating thermodynamical data at low temperatures. We study the spin-glass susceptibility, investigating the behavior of the correlation length in the system. We find that the increase of the relaxation time is accompanied by a very slow growth of the correlation length. We discuss the scaling properties of off-equilibrium dynamics in the glassy regime, finding qualitative agreement with the mean-field theory.

Chaotic dynamics of electric-field domains in periodically driven superlattices

Self-sustained time-dependent current oscillations under dc voltage bias have been observed in recent experiments on n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling. The current oscillations are caused by the motion and recycling of the domain wall separating low- and high-electric-field regions of the superlattice, as the analysis of a discrete drift model shows and experimental evidence supports. Numerical simulation shows that different nonlinear dynamical regimes of the domain wall appear when an external microwave signal is superimposed on the dc bias and its driving frequency and driving amplitude vary. On the frequency-amplitude parameter plane, there are regions of entrainment and quasiperiodicity forming Arnold tongues. Chaos is demonstrated to appear at the boundaries of the tongues and in the regions where they overlap. Coexistence of up to four electric-field domains randomly nucleated in space is detected under ac+dc driving.

Chaos in resonant-tunneling superlattices

Spatiotemporal chaos is predicted to occur in n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling as their main charge transport mechanism. Under dc voltage bias, undamped time-dependent oscillations of the current (due to the motion and recycling of electric field domain walls) have been observed in recent experiments. Chaos is the result of forcing this natural oscillation by means of an appropriate external microwave signal.

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de vehicles pesants de transport de passatgers

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de les carrosseries de vehicles pesants de cara a reduir el consum de combustible en autocars de llarg trajecte. L’estudi es basa en tres aspectes: validació del programa de simulació, estudi aerodinàmic de diferents carrosseries d’autocar de mercat i estudi aerodinàmic de diferents complements

Estudi de la influència del vent en l’estabilitat de vehicles pesants de transport de viatgers.

Investigacions recents revelen com l’acció del vent lateral és un efecte molt important en bona part dels accidents ocorreguts en vehicles pesants de transport per carretera. És per això que el perfil aerodinàmic del vehicle esdevé determinant en l’avaluació de les forces laterals que hi actuen. El present projecte té per objecte determinar les forces laterals que s’exerceixen en vehicles pesants de transport de passatgers degut a l’acció del vent i investigar-ne la seva perillositat. Per fer-ho s’utilitzen models numèrics de dinàmica de fluids i, per diferents velocitats del vehicle, es simulen vents amb diferent intensitat i direcció. D’aquí es determinen unes condicions de perillositat en funció, entre d’altres variables, de l’angle d’incidència del vent i de la seva velocitat

Estudi hidrodinàmic per elements finits de diferents pales simètriques per a la impulsió a rem en banc fix

Actualment l’esport del rem només s’entén com a activitat de lleure o esport de competició. Dins del rem, hi ha una gran varietat de disciplines esportives; totes coincideixen en l’impuls d’una embarcació mitjançant un sistema de palanques simple. Es diferencien en dos grans grups: el banc mòbil i el banc fix. El banc mòbil disposa d’un seient sobre rodes que permet aprofitar la força de les cames per la impulsió, en canvi, en el banc fix, no hi ha desplaçament del seient, el que implica el treball del tors i braços. Un dels punts que tenen en comú tot el banc fix, és el disseny del seu rem; a diferència del banc mòbil on la pala pot tenir el disseny que es vulgui. En banc fix la pala del rem ha de ser simètrica i alineada amb la canya del rem. L’objectiu d’aquest projecte és l’anàlisi hidrodinàmic de diferents models de pales simètriques per tal de determinar el model més eficient, des del punt de vista hidrodinàmic, per a la impulsió de l’embarcació de banc fix. Així, es simularan virtualment diferents models de pales simètriques disponibles en el mercat com models prototipus amb un programa de dinàmica de fluids computacional. L’anàlisi dels resultats determinarà el model més eficient. En la realització del projecte, l’estudi hidrodinàmic es realitzarà de manera virtual a partir de la utilització de programes comercials de dinàmica de fluids. Així com també programes de disseny 3D i programes de mallat que siguin compatibles amb el programa de simulació a utilitzar. En el disseny s’utilitzaran programes com Autocad i Rhinoceros, després, en funció del disseny, utilitzarem un programa d’elements finits anomenat ICEM ANSYS que mallarà la geometria emprada. Finalment, la simulació s’efectuarà amb el programa ANSYS CFX. L’estudi no preveu el càlcul de resistència mecànica dels models ni la seva construcció