Convección térmica en un anillo cilíndrico en rotación

Abstract

En la tesis doctoral Convección térmica en un anillo cilíndrico en rotación se estudian diferentes aspectos de la dinámica lineal y no lineal de un fluido Boussinesqconfinado en un anillo cilíndrico, en rotación alrededor de su eje de simetría y sometido a la acción de un campo gravitatorio y de un gradiente de temperaturadesestabilizador en la dirección radial. Su principal objetivo es analizar la influencia de la rotación, de la geometría cilíndrica y de las condiciones de contorno en la dinámica de un sistema físico que constituye un modelo simple de la convección libre en las capasecuatoriales de las atmósferas planetarias y estelares. En eltrabajo, que se enmarca en el campo de la Simulación Numérica en Dinámica de Fluidos, se utilizan técnicas espectrales para hacer una simulación numérica directade las ecuaciones de Navier-Stokes.El estudio se inicia analizando la estabilidad lineal del estado conductivo imponiendo condiciones de contorno stress-free en las superficies horizontales del anillo.Cuando la rotación es alta, la convección se inicia en forma de columnas de Taylor estacionarias, que son soluciones bidimensionales formadas por estructuras alineadas con el eje del anillo. Para rotaciones bajas, existen dos tipos diferentes de modos convectivos: rollosconvectivos bidimensionales estacionarios y celdastridimensionales con precisión. Este último tipo de solución no se puede encontrar si no se tiene en cuenta la curvatura de la capa. La dinámica cambia cuando seconsideran condiciones de contorno no-slip en las tapas. En el caso de rotaciones bajas, las condiciones de contorno fuerzan que los modos críticos seantridimensionales y se produce un aumento en el número de Rayleigh necesario para que se inicie la convección. A medida que la rotación aumenta, las solucionestridimensionales se alargan progresivamente hasta que se forman columnas de Taylor prácticamente bidimension.