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Académico del DIMEC publica artículo en destacada revista “Physics of Fluids”

La prestigiosa revista del área de la Física de Fluidos “Physics of Fluids” publicó el artículo “Feedback control and heat transfer measurements in a Rayleigh-Bénard convection cell”, desarrollado por el alumno de doctorado en Fluidodinámica de la FCFM, Manuel Vial y el profesor del DIMEC, Rodrigo Hernández.

 

Según explica el profesor Hernández, esta investigación trata sobre el control de inestabilidades hidrodinámicas en sistemas fluidos cuya aparición es desencadenada por gradientes térmicos. En ella se aborda el fenómeno de convección de Rayleigh-Bénard, que se puede observar en una capa de fluido confinada en una cavidad con sus paredes horizontales a distintas temperaturas. Este es un sistema no lineal muy interesante, que posee diversos estados posibles de auto-organización y distintas rutas de transición entre ellos.

                                                                 

                                                         Esquema del dispositivo experimental para la celda de convección de Rayleigh-Bénard

 

 “Nosotros estudiamos la formación de estructuras coherentes o patrones de convección producidos al inyectar energía al sistema dinámico, cuyo estado inicial de equilibrio se torna inestable. Tanto el estudio experimental de estas estructuras espacio temporales, así como el de otras estructuras tales como anillos de vorticidad, ondas de superficie solitarias, plumas térmicas y estelas, son parte de las líneas de investigación del Laboratorio de Estudios Avanzados en Fenómenos No Lineales (LEAF-NL)”, señala el académico.

 

 

Igualmente explica que “el fenómeno está gobernado básicamente por el número de Rayleigh, que representa la razón entre las fuerzas de empuje y viscosas, las que promueven e inhiben el movimiento, respectivamente. La inestabilidad  ocurre cuando este número supera un determinado valor crítico produciéndose una bifurcación del flujo térmico acompañado de la formación de un patrón convectivo celular bajo la forma de rollos paralelos de rotación alternada”.

Visualización de flujo del patrón de convección celular para Ra = 6.7 x 103   

Por su parte el alumno de doctorado, Manuel Vial, agrega que “nosotros desarrollamos un dispositivo experimental que incorpora dos controladores independientes para imponer un gradiente de temperatura en el sistema. Estos nos permiten generar la inestabilidad en condiciones de muy bajo ruido y, a su vez, medir en forma precisa los pequeños cambios en la transferencia de calor que generan las transiciones de flujo. Estudiamos además la respuesta del sistema ante condiciones de borde de temperatura impuestas por señales de variación cuasi-estática y en forma de escalón. El registro gráfico de partículas trazadoras inyectadas en el fluido iluminadas por un plano laser nos permite la visualización de las estructuras de flujo que genera la inestabilidad. 

 

 

 Refiriéndose a las posibilidades de trabajo a futuro de esta investigación el académico dice que “la complejidad de este experimento, así como la gran versatilidad lograda en términos del control de parámetros, orientación angular y precisión en las mediciones, nos abre una puerta hacia el estudio experimental de nuevas transiciones de flujo, especialmente a números de Rayleigh elevados, y así explorar la transición a la turbulencia en sistemas confinados, manteniendo el flujo de energía bajo control retroalimentado”.

 

Cabe destacar que esta línea de investigación comenzó a desarrollarse en el marco de un acuerdo de colaboración internacional entre el Laboratorio LEAF-NL, a cargo del profesor Hernández, y el Laboratoire de Physique de la Ecole Normale Supérieure de Lyon, una de las instituciones francesas más importantes en investigación de ese país.

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