Análisis de Estructuras Coherentes en un Chorro Supersónico Impactante Subexpandido Usando Descomposición Ortogonal Propia Espectral (SPOD)
Autores: Karami, Shahram; Soria, Julio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Análisis de Estructuras Coherentes en un Chorro Supersónico Impactante Subexpandido Usando Descomposición Ortogonal Propia Espectral (SPOD)
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Dinámicas espaciotemporales
Estructuras coherentes
Chorro supersónico impactante subexpandido
Descomposición ortogonal propia espectral
Modos azimutales
Acoplamiento hidroacústico
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Citaciones: Sin citaciones
Se estudian las dinámicas espaciotemporales de las estructuras coherentes en un chorro supersónico de impacto subexpandido utilizando una técnica de descomposición ortogonal propia espectral. Para este análisis, se realiza una simulación de grandes remolinos de un chorro supersónico de impacto subexpandido con una relación de presión de 3.4 y una distancia de separación de 2 diámetros del chorro a un número de Reynolds de 50,000. Los campos de flujo medio ilustran algunas características sorprendentes de este flujo, como un choque oblicuo, un choque de separación, un disco de Mach y una burbuja de recirculación. El método de descomposición ortogonal propia espectral se aplica a campos de flujo tridimensionales resueltos en el tiempo. La energía acumulativa de los modos dentro de cada número de modo azimutal revela que los primeros tres modos azimutales contienen la mayor parte de la energía del flujo. Los espectros de estos modos azimutales muestran que el flujo exhibe un comportamiento de bajo rango con frecuencias discretas en el modo azimutal simétrico óptimo, mientras que los otros dos modos azimutales tienen contribuciones insignificantes en este comportamiento. Se observan tres picos en los espectros del modo azimutal simétrico óptimo. Los campos espaciales de la velocidad en la dirección del flujo y la presión de estos picos muestran que las estructuras complejas son consecuencia de la subexpansión, el disco de Mach y el impacto. Existen fuertes inestabilidades hidrodinámicas en la capa de cizallamiento del chorro en el modo azimutal óptimo a cada una de estas frecuencias dominantes. También están presentes ondas acústicas de alta amplitud en el campo cercano del chorro. Estas ondas acústicas son fuertes en el labio de la boquilla, lo que sugiere que existe un bucle de retroalimentación que vincula estos dos procesos para las frecuencias dominantes en el modo óptimo. La alta densidad de espectro cruzado de las fluctuaciones de presión en el campo cercano y las fluctuaciones de velocidad en la dirección del flujo cerca del labio de la boquilla a estas frecuencias confirma el acoplamiento hidrocústico, que es necesario para cerrar el bucle de retroalimentación.
Descripción
Se estudian las dinámicas espaciotemporales de las estructuras coherentes en un chorro supersónico de impacto subexpandido utilizando una técnica de descomposición ortogonal propia espectral. Para este análisis, se realiza una simulación de grandes remolinos de un chorro supersónico de impacto subexpandido con una relación de presión de 3.4 y una distancia de separación de 2 diámetros del chorro a un número de Reynolds de 50,000. Los campos de flujo medio ilustran algunas características sorprendentes de este flujo, como un choque oblicuo, un choque de separación, un disco de Mach y una burbuja de recirculación. El método de descomposición ortogonal propia espectral se aplica a campos de flujo tridimensionales resueltos en el tiempo. La energía acumulativa de los modos dentro de cada número de modo azimutal revela que los primeros tres modos azimutales contienen la mayor parte de la energía del flujo. Los espectros de estos modos azimutales muestran que el flujo exhibe un comportamiento de bajo rango con frecuencias discretas en el modo azimutal simétrico óptimo, mientras que los otros dos modos azimutales tienen contribuciones insignificantes en este comportamiento. Se observan tres picos en los espectros del modo azimutal simétrico óptimo. Los campos espaciales de la velocidad en la dirección del flujo y la presión de estos picos muestran que las estructuras complejas son consecuencia de la subexpansión, el disco de Mach y el impacto. Existen fuertes inestabilidades hidrodinámicas en la capa de cizallamiento del chorro en el modo azimutal óptimo a cada una de estas frecuencias dominantes. También están presentes ondas acústicas de alta amplitud en el campo cercano del chorro. Estas ondas acústicas son fuertes en el labio de la boquilla, lo que sugiere que existe un bucle de retroalimentación que vincula estos dos procesos para las frecuencias dominantes en el modo óptimo. La alta densidad de espectro cruzado de las fluctuaciones de presión en el campo cercano y las fluctuaciones de velocidad en la dirección del flujo cerca del labio de la boquilla a estas frecuencias confirma el acoplamiento hidrocústico, que es necesario para cerrar el bucle de retroalimentación.