Caracterización experimental y numérica de interacciones entre ondas de choque y turbulencia en flujos de fluidos compresibles basada en el uso de técnicas de medición óptica y dinámica de fluidos computacional.

Para lograr la neutralidad de carbono en las próximas décadas es fundamental aumentar la eficiencia y reducir las emisiones contaminantes de los sistemas de generación de potencia. Los sistemas convencionales de generación de potencia utilizados actualmente son basados mayoritariamente en procesos de deflagración (combustión subsónica) y en diversas variantes del ciclo Brayton de presión constante. Sin embargo, la liberación de energía a través de una detonación, como ocurre en sistemas basados en ciclos de detonación, es más eficiente que en los ciclos a presión constante. Aunque Las ventajas de los ciclos de detonación involucrando combustión supersónica han sido reconocidas desde hace varias décadas, estos ciclos que son más eficientes que los usados actualmente en aplicaciones comerciales no han sido implementados aún en sistemas de generación de potencia operando en flujo continuo. Esto ocurre debido a que hay aún varios desafíos técnicos que deben ser primeramente superados. Uno de estos está relacionado con la fuerte interacción entre ondas de choque, turbulencia y reacción química que ocurre en dichos sistemas, la cual continúa poco entendida. Por lo tanto, el objetivo general de este proyecto es caracterizar experimental y numéricamente las interacciones entre ondas de choque y turbulencia en flujos de fluidos compresibles. La caracterización experimental será realizada en un túnel de viento supersónico usando técnicas de medición óptica tipo Schlieren y velocimetría por imágenes de partículas (PIV), y la caracterización numérica usando modelos de dinámica de fluidos computacional de alta fidelidad desarrollados para este propósito. Como resultado de estas caracterizaciones se espera obtener una mayor comprensión de la forma en que las referidas interacciones entre ondas de choque y turbulencia afectan tanto los procesos de inyección y mezcla de reactantes en sistemas de generación de potencia, como los mecanismos que controlan la propagación estable de ondas de detonación en este tipo de sistemas. Posibles áreas de aplicación futura de los resultados de este proyecto incluyen máquinas térmicas basadas en turbinas de gas usadas en aeronaves, embarcaciones marinas y generación de potencia, y en motores usados en propulsión hipersónica. Es esperado que los resultados de este proyecto contribuyan en el futuro en el proceso de diseño de la próxima generación de plantas de potencia, más eficientes y con menor impacto ambiental.