Análisis espectral de estelas de cilindros confinados
Autores: Lu, Wilson; Chan, Leon; Ooi, Andrew
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis espectral de estelas de cilindros confinados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujos de cuerpo bluff
Efectos de confinamiento
Cilindro
Estela
Capa límite
Relación de bloqueo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los flujos de cuerpo de bluff, aunque comúnmente se asume que están aislados, a menudo están sujetos a efectos de confinamiento debido a interacciones con objetos cercanos. En este estudio, se considera una aproximación simple de tal configuración de flujo, donde un cilindro se coloca simétricamente dentro de un canal infinito. La presencia de paredes implica que el remolino está físicamente confinado e introduce interacciones entre el remolino y la capa límite a lo largo de la pared. Para aislar el efecto del confinamiento, se realizan simulaciones con paredes de canal deslizantes, eliminando las capas límite. Las comparaciones de estadísticas de flujo entre simulaciones de paredes de canal deslizantes y no deslizantes muestran diferencias menores en un bajo ratio de bloqueo, beta (definido como la relación entre el diámetro del cilindro y la altura del canal), mientras que para ratios de bloqueo más grandes, las diferencias son significativas. También se realiza un análisis espectral en el remolino y las capas de cizallamiento. En el menor bloqueo, beta=0.3, se realizan pocas modificaciones al remolino, y encontramos que los vórtices de Kármán están acoplados unidireccionalmente a las capas límite a lo largo de las paredes. Para beta=0.5, se determina que las interacciones pared-remolino contribuyen significativamente a la dinámica del remolino, por lo tanto, al acoplamiento bidireccional de los vórtices de Kármán y las capas límite de la pared. Finalmente, para beta=0.7, la ausencia de desprendimiento de Kármán acopla los vórtices de Kelvin-Helmholtz en la capa de cizallamiento, separándose del cilindro hacia la capa límite de la pared.
Descripción
Los flujos de cuerpo de bluff, aunque comúnmente se asume que están aislados, a menudo están sujetos a efectos de confinamiento debido a interacciones con objetos cercanos. En este estudio, se considera una aproximación simple de tal configuración de flujo, donde un cilindro se coloca simétricamente dentro de un canal infinito. La presencia de paredes implica que el remolino está físicamente confinado e introduce interacciones entre el remolino y la capa límite a lo largo de la pared. Para aislar el efecto del confinamiento, se realizan simulaciones con paredes de canal deslizantes, eliminando las capas límite. Las comparaciones de estadísticas de flujo entre simulaciones de paredes de canal deslizantes y no deslizantes muestran diferencias menores en un bajo ratio de bloqueo, beta (definido como la relación entre el diámetro del cilindro y la altura del canal), mientras que para ratios de bloqueo más grandes, las diferencias son significativas. También se realiza un análisis espectral en el remolino y las capas de cizallamiento. En el menor bloqueo, beta=0.3, se realizan pocas modificaciones al remolino, y encontramos que los vórtices de Kármán están acoplados unidireccionalmente a las capas límite a lo largo de las paredes. Para beta=0.5, se determina que las interacciones pared-remolino contribuyen significativamente a la dinámica del remolino, por lo tanto, al acoplamiento bidireccional de los vórtices de Kármán y las capas límite de la pared. Finalmente, para beta=0.7, la ausencia de desprendimiento de Kármán acopla los vórtices de Kelvin-Helmholtz en la capa de cizallamiento, separándose del cilindro hacia la capa límite de la pared.