Modelos de polidispersiones bifásicas con aplicaiones en seguridad nuclear

Numerosas aplicaciones tecnológicas, científicas, medicinales y ambientales requieren del entendimiento de la dinámica de polidispersiones multifase (e.g., inyectores, refrigeración, farmacología, emisiones industriales, etc.). En lo que respecta al área nuclear, la eventual liberación de productos de fisión y actínidos en caso de un hipotético accidente grave en un reactor se haría en forma de gases y aerosoles, cuyo transporte en el circuito primario y contención es necesario evaluar para el diseño de los sistemas de seguridad y licenciamiento de la instalación. La refrigeración de los elementos combustibles en dos fases es otra aplicación que requiere del modelado de flujos con estas características. En esta tesis se presentan modelos adecuados para el estudio y la comprensión de la dinámica de sistemas polidispersos (aerosoles y burbujas) transportados en un medio continuo y en ambientes confinados. Con respecto a la aplicación a la dinámica de aerosoles, el modelo desarrollado parte de una formulación estadística para describir la evolución del sistema en función del tamaño de las partículas, considerando el transporte por el gas, la sedimentación, difusión, sustentación, coagulación, termoforesis y condensación. La ecuación de balance es del tipo integrodiferencial no lineal, cuya resolución se realiza utilizando el Método de los Momentos, en donde se propone una forma funcional para describir la distribución del volumen de las partículas. Se obtiene de esta forma un sistema acoplado de ecuaciones de convección-difusión con fuente, que describe la dinámica de cada uno de los parámetros que caracterizan dicha distribución. Este sistema es resoluble numéricamente a un costo computacional muy atractivo, que, a su vez, permite abordar el modelado de las heterogeneidades espaciales del aerosol. En base a dicho modelo se desarrolla uno complementario que permite cuantificar coeficientes de sensibilidad de funcionales de respuesta respecto de incertezas en parámetros del modelo o de las condiciones del problema a resolver. Este modelo se basa en la teoría de perturbaciones, usando el Formalismo Diferencial y resulta de gran utilidad tanto para estudios teóricos como para el diseño de experimentos. Se realizan diversas comparaciones del modelo, tanto en una como en dos dimensiones, con soluciones analíticas y datos de bibliografía y se analiza cuidadosamente los efectos de los mecanismos físicos que intervienen en la dinámica del aerosol. Se presta particular atención a las consecuencias del modelado de gradientes espaciales de concentración y a la validez de la hipótesis de homogeneidad espacial utilizada comúnmente en modelos de cálculo. Por un lado, de la comparación con modelos espacialmente homogéneos se han observado desviaciones y por otro diferencias de más de un orden de magnitud entre distintos puntos del dominio, principalmente debido al acople entre coagulación y sedimentación, sustentación y coagulación y termoforesis, que harían inadecuada la hipótesis de homogeneidad espacial. En general el modelo desarrollado muestra una buena capacidad de responder a los fenómenos físicos involucrados, siempre y cuando éstos no produzcan una distorsión de la forma functional adoptada para describir la distribución en tamaño del aerosol, como es el caso de sedimentación pura. Como contribución adicional y extensión del modelo, se aplicó la formulación desarrollada para resolver el transporte de burbujas en un dominio vertical, modelando la distribución en tamaño, la dinámica de las mismas y su distribución espacial. El modelo es comparado exitosamente con resultados experimentale