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    3D Mapping of the Sprinkler Activation Time
    (2020) Wegrzynski, W.; Krajewski, G.; Tofilo, P.; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Krol, A.; Krol, M.
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    Análisis de la Estrategia Nacional de Hidrógeno Verde en Chile
    (2023) Soto Berindoague, Camila María; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El hidrógeno verde surge como una apuesta de vector energético, proponiéndose distintas estrategias internacionales para su desarrollo, entre ellas la de Chile. Considerando esto, el objetivo principal de este trabajo es revisar las barreras y oportunidades de la Estrategia Nacional de Hidrógeno Verde en Chile. En primer lugar, se realizó un análisis cualitativo para caracterizar el contexto nacional e internacional del desarrollo de la industria del hidrógeno verde, a partir de un análisis PESTEL y FODA. Posteriormente, se desarrolló un análisis cuantitativo, evaluando técnica y económicamente una planta de hidrógeno verde referencial, considerando dos escenarios: conectado y desconectado de la red. Los resultados muestran que la principal condición habilitante en Chile para la producción de hidrógeno verde es su alto potencial de generación renovable. No obstante, las proyecciones para lograr el desarrollo de la industria nacional y la exportación a largo plazo, dependen de las condiciones del entorno, asociados a la disminución de los costos de la tecnología, la gobernanza y los procesos de certificación. Finalmente, los objetivos de la Estrategia deben definir una hoja de ruta multidisciplinaria que habilite un avance sustentable y disminuya la incertidumbre de la inversión en torno a la industria del hidrógeno verde en Chile.
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    Análisis técnico-económico del reemplazo del sistema de propulsión de un vehículo liviano a uno de tecnología alternativa
    (2023) González Bravo, Víctor Andrés; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Este trabajo surge en el contexto del calentamiento global y la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. El sector del transporte en Chile contribuye cerca de un 25% de las emisiones totales del país. En particular, en la Región Metropolitana de Chile, la flota de vehículos ligeros alcanzó la cifra de 1.504.177 unidades en el año 2020, donde casi la totalidad de estos funciona con motores de gasolina y diésel. Dentro de las alternativas disponibles en el mercado para reemplazar estas tecnologías, se encuentran los vehículos eléctricos, los vehículos de combustión dual, los vehículos con tecnología de celdas de combustible y los vehículos híbridos. Este trabajo busca proporcionar información para que los usuarios de vehículos ligeros puedan tomar decisiones informadas sobre la tecnología más conveniente a largo plazo. Esto implica considerar aspectos técnicos, como el rendimiento, la eficiencia y el poder calorífico del combustible, así como aspectos económicos, como el costo de adquisición, el costo de mantenimiento y el costo de combustible durante un período de 12 años. Los resultados obtenidos en este estudio indican que, cuando los costos de inversión son similares para vehículos de la misma gama y categoría, los vehículos eléctricos a batería representan la mejor alternativa. Se concluye que los vehículos eléctricos son una opción atractiva para la transición tecnológica debido a sus beneficios medioambientales y su eficiencia energética. Sin embargo, existen desafíos y riesgos potenciales como el costo de adquisición y la dependencia de la cadena de suministro de vehículos eléctricos, que está dominada por China. También la necesidad de desarrollar una infraestructura de carga eficiente y asequible, considerando además que el origen de la energía debe ser renovable. Se mencionan alternativas como el uso de combustibles sintéticos para lograr la neutralidad de carbono o la incipiente tecnología de hidrógeno, que aún no cuenta con la madurez tecnológica, la infraestructura y la viabilidad económica necesarias para su adopción generalizada a nivel local.
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    Comparison of the rate of spread between natural and constructed radiata pine litter samples at different wind speeds and controlling permeabilities
    (2018) Figueroa Ramírez, Sofía; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La velocidad de propagación del fuego en lechos de pino han sido ampliamente estudiadas en condiciones de laboratorio, pero no se he investigado mucho acerca de las diferencias entre muestras reconstruidas artificialmente y muestras naturales. Mediante el uso de un método de muestreo especialmente diseñado, fue posible evaluar las diferencias en la velocidad de propagación de muestras naturales y construidas, dentro de un túnel de combustión y bajo condiciones de velocidad de viento controladas. En total, 68 experimentos se realizaron bajo cuatro velocidades de viento distintas y seis valores de permeabilidad, uno de ellos es único y está asociado a las muestras naturales. Se observó que la permeabilidad tiene una fuerte influencia en la velocidad de propagación cuando la velocidad del viento es alta (2.1 - 3.6 m/s), por lo tanto, en zonas propensas a incendios forestales, lechos con alta permeabilidad debiesen ser removidos. Además, la velocidaddel viento y la permeabilidad tienen ambas una fuerte influencia en la velocidad de propagación del fuego, sin embargo, el efecto combinado de estas no es significativo y por lo tanto, ambas variables pueden ser tratadas de forma independiente. Por último, esta investgación concluyó que para muestras construidas con una permeabilidad de 1 - 10-7m2, la velocidad de propagación del fuego es similar a la de las muestras naturales, para las mismas velocidades de viento. Estos hallazgos son prometedores y sugieren que es posible imitar el comportamiento de la velocidad de propagación del fuego si es que las permeabilidades se igualan. lo que permitiría el uso de muestras construidas para replicar en laboratorio condiciones de campo.
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    Data driven forecast of droplet combustion
    (2020) Xi, X.; Torero, J. L.; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael
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    Firefoam (CFD solver) validation in compartment fire scenario using high resolution data
    (2018) Zamorano, Rafael; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Se realizó una validación de software CFD, en donde se evaluó el desempeño del solver FireFOAM en un escenario de incendio en compartimento de escala real. La evaluación de desempeño, enfocada en calidad de resultados y tiempo de cálculo, se realizó recreando el Test I de la serie Edinburgh Tall Building Fire Tests (2017), o ETFT. Se probaron mallas de distinta geometrías (cúbicas y tetrahédricas) y tamaños (7,5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm y 40 cm). La validación basada en teoría constó en un balance de energía tanto para determinar qué tan conservativa es la discretización por Volúmenes Finitos, como para realizar un análisis de distribución de energía basado en el balance experimental desarrollado por Maluk et al. (2017). Se obtuvieron resultados no conservativos, con 0 a 20% de la tasa de liberación de calor no simulada, lo que se atribuyó tanto a la sensibilidad del solver al resolver el sistema Navier-Stokes, como a imprecisiones en los modelos de escala sub-malla. La malla tetrahédrica mostró divergencia. La validación basada en experimentos constó en una comparación entre simulaciones y mediciones de temperatura, velocidad e irradiación. Fenónemos bien captados fueron patrones de flujo al interior de compartimento, altura del plano neutro, y temperaturas fuera de la capa límite del techo. Fenómenos mal captados fueron irradiación en la capa humo, temperaturas transientes en la capa límite térmica, y ventilación. Convergencia de malla se logró tanto en temperaturas lejos de la llama como en campos de velocidad al interior del compartimento, para la malla cúbica de 10 cm, mientras que no se consiguió convergencia de malla en velocidades del plano de apertura ni en temperaturas de llama. Errores sistemáticos se atribuyen a condiciones de borde de transferencia de calor deficientes, sub-estimación de la tasa de ventilación, y distribución no uniforme de propano entre los quemadores del Test I. Se encontró que el tiempo de cálculo puede reducirse entre 60 y 70% al implementar procesamiento paralelo. Sólo las mallas de 30 cm y 40 cm lograron correr más rápido que tiempo real.
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    Forecasting wind-driven wildfires using an inverse modelling approach
    (2014) Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Rios, O.; Rein, G.
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    Interpolation framework to speed up near-surface wind simulations for data-driven wildfire applications
    (2018) Rios, O.; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Pastor, E.; Valero, M.M.; Planas, E.
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    Modelamiento de la transferencia de calor entre placas paralelas con un coating selectivo
    (2020) Salinger Urquiza, Tomás Andrés; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05. Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra < 10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales. Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05. Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra < 10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales. Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05. Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra < 10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales. Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05. Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra < 10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales. Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05. Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra < 10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales. Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.
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    Permeability Comparison of Natural and Artificial Pinus Radiata Forest Litters
    (2017) Fehrmann, Sebastian; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Rivera Agüero, Juan de Dios
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    Porous medium approach for aerodynamic characterization of fog water collector mesh
    (2018) Montoya Contreras, Daniel Antonio; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La colección de agua de niebla es una alternativa prometedora en regiones con escasez de agua, como en el norte de Chile. El atrapanieblas es una malla instalada perpendicularmente a la dirección del viento, interceptando el flujo aire y extrayendo las gotas de agua que contiene. Para maximizar la cantidad de agua colectada, se deben instalar muchos atrapanieblas de forma optimizada. Para optimizar la disposición espacial de los atrapanieblas se requieren simulaciones que utilizan una gran cantidad de recursos computacionales. El objetivo del presente estudio es desarrollar un modelo de bajo costo computacional para simular el flujo de viento a través de atrapanieblas. Para esto se validó un modelo de medio poroso que permite representar adecuadamente la aerodinámica de un atrapaniebla en condiciones de flujo externo. Se realizaron simulaciones de flujo de viento a través de una malla en flujo confinado y se compararon con simulaciones de viento a través de un medio poroso en flujo confinado. Posteriormente, los resultados se extrapolaron a flujo de viento a través de una malla en condiciones de flujo abierto. Se compararon los coeficientes de caída de presión C0 de ambas simulaciones en flujo confinado, la diferencia entre ambos resultados menor a un 4%. Para las simulaciones en flujo abierto se comparó el campo de velocidad para la malla y el medio poroso y se determinó que fuera de la estela la diferencia entre ambas simulaciones no supera el 5%, mientras que dentro de la estela el error es cercano al 30%. El campo de flujo es similar para ambas simulaciones, sólo con pequeñas diferencias en la distribución de presión. Se concluye que el modelo de medio poroso es una metodología válida y de bajo costo computacional para simular el flujo a través de una malla de atrapaniebla, tanto en flujo confinado como en flujo abierto.
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    Single porosity model: exploring the spatial resolution limits in complex urban patterns
    (2023) Nash Constenla, Sebastián Andrés; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Al modelar inundaciones urbanas a gran escala, el uso de ecuaciones no lineales de porosidad para aguas someras resulta un enfoque interesante para reducir el tiempo de cálculo preservando la estructura de la solución. En estos modelos, la información topográfica a escala fina se representa a escala gruesa mediante la porosidad, lo que permite acelerar los cálculos comprometiendo la precisión de la solución numérica. La porosidad considera el cambio en la sección de almacenamiento e intercambio debido a la presencia de obstáculos (p. ej. viviendas) en la llanura de inundación e introduce un nuevo término fuente de momentum asociado a su gradiente. En este trabajo se utiliza el modelo Single Porosity en coordenadas Cartesianas, calculando la porosidad al nivel de la celda computacional, para la simulación de flujos en una zona urbana idealizada y en un caso de estudio, aumentando gradualmente la resolución espacial. En este proceso se pasa de una escala fina a la macroescala, donde la distribución de porosidad dentro de la zona urbana se va haciendo más uniforme. En una escala intermedia, denominada mesoescala, donde el tamaño de celda es del orden del ancho de la calle y la reducción del tiempo de cálculo es aún significativa, las principales vías preferentes de flujo pueden captarse mediante el gradiente de porosidad. A tal escala, se encuentra una buena concordancia con las soluciones del modelo clásico para la profundidad de agua, área inundada y variables compuestas (por profundidad y velocidad) que indican el peligro de inundación, tanto en magnitud como en distribución espacial. Los resultados numéricos resaltan la importancia de modelos de porosidad para evaluar rápidamente la amenaza, mejorando la previsión en tiempo real y proporcionando información crucial para una toma de decisiones informada durante estos eventos.
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    Sistema de conversión de energía solar-termoeléctrico con almacenamiento de calor latente : desarrollo, diseño y evaluación experimental
    (2022) Montero Moya, Francisco Javier; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los sistemas de conversión de energía solar a eléctrica pueden mejorar la matriz energética de varios países del mundo. Sin embargo, es importante resolver de manera efectiva barreras relacionadas con la intermitencia y la variación del recurso solar. Los generadores solares termoeléctricos (STEG) se pueden utilizar para generar electricidad de forma extensiva. Para ello es necesario abordar varios factores técnicos: su baja eficiencia de conversión (~7%), una gestión térmica eficaz y el almacenamiento de calor residual. Esta investigación desarrolla y analiza un modelo conceptual de sistema de enfriamiento y almacenamiento de calor latente (LHSCS) utilizado para una gestión térmica eficiente y una ampliación del tiempo de generación de electricidad del sistema STEG. El STEG + LHSCS ha sido analizado para las condiciones climáticas del desierto de Atacama, Chile. En esta investigación se estudió el efecto de varios parámetros en el rendimiento del sistema, como el volumen del material de cambio de fase (PCM), el disipador de calor y la geometría del contenedor. El STEG + LHSCS logró mantener una diferencia de temperatura de alrededor de 100 °C entre los lados frío y caliente del generador termoeléctrico (TEG) durante las horas de presencia de radiación solar. Además, el sistema puede producir en las horas nocturnas de ausencia de radiación solar alrededor del 0.6% de la electricidad generada durante el periodo diurno, utilizando el calor residual almacenado en el PCM. El sistema STEG + LHSCS puede ayudar a resolver las necesidades de electricidad de aplicaciones residenciales e industriales en lugares desérticos de todo el mundo.
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    Soot production modelling for operational computational fluid dynamics fire simulations
    (2020) Mariño, O.; Muñoz, F.; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael
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    USING A POROUS MEDIUM MODEL TO SIMULATE THE AIR FLOW THROUGH FOG WATER COLLECTORS
    (2020) Montoya, D.; Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; Rivera Agüero, Juan de Dios
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    Using Computational Fluid Dynamics in the forensic analysis of a prison fire
    (2015) Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael; González, Orelvis; Rivera Agüero, Juan de Dios; Torero, José Luis
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    Using suppression and detection devices to steer CFD fire forecast simulations
    (2017) Jahn von Arnswaldt, Wolfram Michael