Efecto del Número de Schmidt en la Turbulencia Isotrópica Forzada con Escalares Pasivos
Autores: Orlandi, Paolo; Pirozzoli, Sergio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Efecto del Número de Schmidt en la Turbulencia Isotrópica Forzada con Escalares Pasivos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Espectros de Fourier
Estructuras de flujo turbulento
Turbulencia forzada isotrópica
Escalares pasivos
Simulaciones numéricas directas
Espectros escalares
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Tradicionalmente, se han empleado espectros de Fourier para obtener una comprensión más profunda de las estructuras de flujo turbulento. La investigación de la turbulencia forzada isotrópica con escalares pasivos ofrece un medio sencillo para examinar las disparidades entre los espectros de velocidad y los espectros de escalares pasivos. Esta configuración de flujo ha sido estudiada extensamente en el pasado, abarcando una variedad de números de Reynolds y Schmidt. En este estudio presente, se realizan simulaciones numéricas directas (DNS) de este flujo a números de Reynolds suficientemente altos, lo que permite la formación de un amplio rango inercial. El enfoque principal de esta investigación es evaluar cuantitativamente las variaciones en los espectros escalares con el número de Schmidt (Sc). Los espectros exhiben una transición de una escala de k-5/3 para bajo Sc a una escala de k-4/3 para alto Sc. La aparición de esta última ley de potencia se hace evidente en Sc = 2, con su ancho expandiéndose a medida que Sc aumenta. Para obtener más información sobre las estructuras de flujo subyacentes, se realiza un análisis estadístico evaluando cantidades alineadas con los ejes principales del campo de deformación. El estudio revela que la enstrofia está principalmente influenciada por la vorticidad alineada con el eje de deformación principal intermedio, mientras que la varianza del gradiente escalar está predominantemente controlada por la deformación compresiva. Para proporcionar una comprensión más clara de las diferencias entre la enstrofia y la varianza del gradiente escalar, se presentan funciones de densidad de probabilidad conjunta (PDFs) y visualizaciones de los términos del presupuesto para ambas cantidades. Estas visualizaciones sirven para aclarar las distinciones entre las dos y ofrecer información sobre sus respectivos comportamientos.
Descripción
Tradicionalmente, se han empleado espectros de Fourier para obtener una comprensión más profunda de las estructuras de flujo turbulento. La investigación de la turbulencia forzada isotrópica con escalares pasivos ofrece un medio sencillo para examinar las disparidades entre los espectros de velocidad y los espectros de escalares pasivos. Esta configuración de flujo ha sido estudiada extensamente en el pasado, abarcando una variedad de números de Reynolds y Schmidt. En este estudio presente, se realizan simulaciones numéricas directas (DNS) de este flujo a números de Reynolds suficientemente altos, lo que permite la formación de un amplio rango inercial. El enfoque principal de esta investigación es evaluar cuantitativamente las variaciones en los espectros escalares con el número de Schmidt (Sc). Los espectros exhiben una transición de una escala de k-5/3 para bajo Sc a una escala de k-4/3 para alto Sc. La aparición de esta última ley de potencia se hace evidente en Sc = 2, con su ancho expandiéndose a medida que Sc aumenta. Para obtener más información sobre las estructuras de flujo subyacentes, se realiza un análisis estadístico evaluando cantidades alineadas con los ejes principales del campo de deformación. El estudio revela que la enstrofia está principalmente influenciada por la vorticidad alineada con el eje de deformación principal intermedio, mientras que la varianza del gradiente escalar está predominantemente controlada por la deformación compresiva. Para proporcionar una comprensión más clara de las diferencias entre la enstrofia y la varianza del gradiente escalar, se presentan funciones de densidad de probabilidad conjunta (PDFs) y visualizaciones de los términos del presupuesto para ambas cantidades. Estas visualizaciones sirven para aclarar las distinciones entre las dos y ofrecer información sobre sus respectivos comportamientos.