Características turbulentas y patrones de entrainment de aire en olas de ruptura
Autores: Li, Zhuoran; Venkateshwaran, Akash; Karimpour, Shooka
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Características turbulentas y patrones de entrainment de aire en olas de ruptura
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Olas de ruptura
Estructuras turbulentas
Flujos 3D
Captura de aire
Patrones de perturbación
Números de Froude
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Las olas de ruptura son flujos tridimensionales (3D) altamente turbulentos, que ocurren cuando el flujo de agua encuentra un cambio repentino en la profundidad o la velocidad. Las estructuras turbulentas 3D a través de una ola de ruptura son inducidas por el gradiente de velocidad a través de la ola y la discontinuidad de fase en el frente. Este artículo examinó las estructuras turbulentas en olas de ruptura con números de Froude de 1.71 y 2.13 al investigar la entrada de aire y los patrones de perturbación a través del frente de la ola. Se utilizó una combinación del método de Volumen de Fluido (VOF) y Simulación de Grandes Vórtices (LES) para capturar simultáneamente la entrada de aire y las estructuras turbulentas. La naturaleza 3D de las estructuras vórtices fue simulada implementando una frontera periódica en la dirección del ancho. Se extrajeron los perfiles de perturbación de la superficie del agua y de concentración de aire, y los perfiles de concentración de aire promediados obtenidos de las simulaciones numéricas fueron consistentes con las observaciones de laboratorio reportadas en la literatura. También se exploró la relación entre la distribución de energía cinética turbulenta y la entrada de aire en este artículo. Finalmente, utilizando análisis de cuadrantes y el criterio Q, este artículo examinó el papel de las perturbaciones en la dirección del ancho en el desarrollo de estructuras turbulentas en el frente de la ola.
Descripción
Las olas de ruptura son flujos tridimensionales (3D) altamente turbulentos, que ocurren cuando el flujo de agua encuentra un cambio repentino en la profundidad o la velocidad. Las estructuras turbulentas 3D a través de una ola de ruptura son inducidas por el gradiente de velocidad a través de la ola y la discontinuidad de fase en el frente. Este artículo examinó las estructuras turbulentas en olas de ruptura con números de Froude de 1.71 y 2.13 al investigar la entrada de aire y los patrones de perturbación a través del frente de la ola. Se utilizó una combinación del método de Volumen de Fluido (VOF) y Simulación de Grandes Vórtices (LES) para capturar simultáneamente la entrada de aire y las estructuras turbulentas. La naturaleza 3D de las estructuras vórtices fue simulada implementando una frontera periódica en la dirección del ancho. Se extrajeron los perfiles de perturbación de la superficie del agua y de concentración de aire, y los perfiles de concentración de aire promediados obtenidos de las simulaciones numéricas fueron consistentes con las observaciones de laboratorio reportadas en la literatura. También se exploró la relación entre la distribución de energía cinética turbulenta y la entrada de aire en este artículo. Finalmente, utilizando análisis de cuadrantes y el criterio Q, este artículo examinó el papel de las perturbaciones en la dirección del ancho en el desarrollo de estructuras turbulentas en el frente de la ola.