Efectos de la Dinámica de Vórtices en el Desarrollo de un Despertar Turbulento Confinado
Autores: Kalogirou, Ioannis D.; Romeos, Alexandros; Giannadakis, Athanasios; Mihalakakou, Giouli; Panidis, Thrassos
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Efectos de la Dinámica de Vórtices en el Desarrollo de un Despertar Turbulento Confinado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estela turbulenta
Cilindro circular
Flujo confinado
Dinámica de vórtices
Calle de vórtices de Kármán
Mecanismo de transporte de vórtices
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
En el presente trabajo, se investiga experimentalmente el vórtice turbulento de un cilindro circular en un entorno de flujo confinado con una relación de bloqueo del 14% en un túnel de viento que consiste en una sección de prueba paralela seguida de un conducto distorsionante de área constante, bajo condiciones de entrada de Re subcríticas. Se analiza la etapa inicial del desarrollo del vórtice, que se extiende desde el cuerpo voluminoso hasta el final de la sección paralela, utilizando anemometría de hilo caliente y visualización con láser. El campo cercano revela una similitud parcial con los vórtices no limitados, siendo la principal diferencia una modificación de la topología de la calle de vórtices de Kármán, atribuida a la alteración de la dinámica de los vórtices bajo confinamiento. Más río abajo, las distribuciones de velocidad media y fluctuante del vórtice confinado evolucionan gradualmente hacia características de flujo de canal. Para elucidar esta transición, las mediciones del vórtice se comparan sistemáticamente con datos de flujo de canal obtenidos en la misma configuración bajo condiciones de entrada idénticas y con conjuntos de datos de flujo de canal de referencia de la literatura. Los resultados experimentales muestran que existe un mecanismo de transporte de vórtices debido al efecto de confinamiento, lo que resulta en el cruce progresivo y la realineación de vórtices en sentido contrario hacia la línea central del túnel. Aunque se preservan las características del flujo del vórtice, se representa claramente la supresión de la emisión periódica clásica. Además, se muestra que el pico espectral del vórtice confinado persiste hasta x1/d~60 como en el caso libre y luego desaparece a medida que los espectros se amplían. Coincidentemente, el vórtice confinado exhibe un ancho de media más estrecho que su contraparte de vórtice libre, mientras que se observa un desplazamiento de la línea central de los vórtices emitidos. El flujo del vórtice en el campo lejano mantiene una fuerte anisotropía, mientras que se observa un crecimiento más débil del tamaño integral en la dirección del flujo en comparación con el flujo de canal. Juntos, estos hallazgos explican cómo el confinamiento reforma la topología del campo cercano y reorganiza el transporte de momento a medida que el flujo evoluciona hacia un flujo similar al de un canal.
Descripción
En el presente trabajo, se investiga experimentalmente el vórtice turbulento de un cilindro circular en un entorno de flujo confinado con una relación de bloqueo del 14% en un túnel de viento que consiste en una sección de prueba paralela seguida de un conducto distorsionante de área constante, bajo condiciones de entrada de Re subcríticas. Se analiza la etapa inicial del desarrollo del vórtice, que se extiende desde el cuerpo voluminoso hasta el final de la sección paralela, utilizando anemometría de hilo caliente y visualización con láser. El campo cercano revela una similitud parcial con los vórtices no limitados, siendo la principal diferencia una modificación de la topología de la calle de vórtices de Kármán, atribuida a la alteración de la dinámica de los vórtices bajo confinamiento. Más río abajo, las distribuciones de velocidad media y fluctuante del vórtice confinado evolucionan gradualmente hacia características de flujo de canal. Para elucidar esta transición, las mediciones del vórtice se comparan sistemáticamente con datos de flujo de canal obtenidos en la misma configuración bajo condiciones de entrada idénticas y con conjuntos de datos de flujo de canal de referencia de la literatura. Los resultados experimentales muestran que existe un mecanismo de transporte de vórtices debido al efecto de confinamiento, lo que resulta en el cruce progresivo y la realineación de vórtices en sentido contrario hacia la línea central del túnel. Aunque se preservan las características del flujo del vórtice, se representa claramente la supresión de la emisión periódica clásica. Además, se muestra que el pico espectral del vórtice confinado persiste hasta x1/d~60 como en el caso libre y luego desaparece a medida que los espectros se amplían. Coincidentemente, el vórtice confinado exhibe un ancho de media más estrecho que su contraparte de vórtice libre, mientras que se observa un desplazamiento de la línea central de los vórtices emitidos. El flujo del vórtice en el campo lejano mantiene una fuerte anisotropía, mientras que se observa un crecimiento más débil del tamaño integral en la dirección del flujo en comparación con el flujo de canal. Juntos, estos hallazgos explican cómo el confinamiento reforma la topología del campo cercano y reorganiza el transporte de momento a medida que el flujo evoluciona hacia un flujo similar al de un canal.