Inestabilidades, nucleación y comportamiento crítico en fluidos con arrastre lejos del equilibrioTeoría y simulación

Résumé

La Mecánica Estadística es una disciplina de la Física Teórica que pretende explicar la dinámica macroscópica de la materia originada en el comportamiento colectivo de entidades (microscópicas) individuales. El mayor logro de esta disciplina es la Teoría de Colectividades, que establece formalmente el nexo de unión entre las propiedades microscópicas y macroscópicas para sistemas en equilibrio. En cambio, para sistemas fuera del equilibrio poco se sabe en general. En este contexto, esta tesis representa un nuevo esfuerzo para entender las propiedades esenciales de los sistemas lejos del equilibrio. Concretamente, el objeto principal es el estudio de inestabilidades, a diferentes niveles de descripción, en sistemas forzados, i.e., mantenidos lejos del equilibrio por un agente externo. Se centra en dos importantes clases de sistemas, a saber, fluidos difusivos con arrastre y gases granulares vibro-fluidicados. Se estudia mediante simulaciones Monte Carlo y teoría de campos el efecto de la dinámica microscópica en los estados estacionarios de no-equilibrio resultantes. Cálculos precisos de los parámetros críticos de los modelos tratados llevan a discutir el papel de las simetrías en el modelado de fluidos fuera del equilibrio. Se propone un novedoso modelo microscópico no-reticular para el estudio de cambios de fase anisotrópicos. Éste permite discutir propiedades excepcionales y poco realistas de modelos reticulares previamente propuestos. Empleando Hidrodinámica Granular y simulaciones de Dinámica Molecular se caracterizan las inelasticidades de agregación heterogénea de partículas y ruptura espontánea de simetría en un gas granular confinado en geometría anular. Se pretende con este estudio estimular nuevos estudios experimentales en separación de fases granular. Se encuentra además que, sorprendentemente y a diferencia de gases moleculares, la magnitud de las fluctuaciones del centro de masas del sistema no decrecen con el núme