Efectos de la Forzamiento Numérico en la Correlación de Dos Tiempos de las Diferencias de Velocidad del Fluido en Turbulencia Isotrópica Estacionaria
Autores: Dhariwal, Rohit; Rani, Sarma L.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Efectos de la Forzamiento Numérico en la Correlación de Dos Tiempos de las Diferencias de Velocidad del Fluido en Turbulencia Isotrópica Estacionaria
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Simulaciones numéricas directas
Turbulencia homogénea e isotrópica
Forzado numérico
Tensor de correlación en dos tiempos de Euler
Campo de diferencia de velocidad del fluido
Esquemas de forzado espectral
Números de Reynolds de microescala de Taylor
Forzado determinista
Forzado estocástico
Procesos de Uhlenbeck-Ornstein
Escala de tiempo de grandes remolinos
Decaimiento de correlaciones
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
En simulaciones numéricas directas (DNS) de turbulencia homogénea e isotrópica, se necesita forzado numérico para lograr campos de velocidad estadísticamente estacionarios. El tensor de correlación de dos tiempos en el espacio euleriano del campo de diferencia de velocidad del fluido, u(r,t)=u(x+r,t)-u(x,t), caracteriza la evolución temporal de los remolinos turbulentos cuyos tamaños escalan con la separación r=|r|. En este estudio, investigamos los efectos de dos esquemas de forzado espectral en la decadencia temporal de la correlación de dos tiempos euleriana de las diferencias de velocidad del fluido u(r,t)u(r,t). En consecuencia, se realizaron DNS de turbulencia homogénea e isotrópica para dos tamaños de malla, 1283 y 5123, correspondientes a los números de Reynolds de microescala de Taylor Re~80 y 210, respectivamente. Se logró la estacionariedad estadística empleando esquemas de forzado espectral determinista y estocástico. En el esquema estocástico, es necesario especificar la escala de tiempo, Tf, de los procesos de Uhlenbeck-Ornstein (UO) que constituyen el forzado. Consideramos cuatro valores de la escala de tiempo UO (Tf=TE/4,TE,2TE y 4TE) para cada Re, donde TE es la escala de tiempo de grandes remolinos obtenida de la ejecución de DNS con forzado determinista en el mismo Re. Se observa que las correlaciones u(r,t)u(r,t) obtenidas de las ejecuciones de DNS con forzado determinista decaen más lentamente que las de las ejecuciones de DNS con forzado estocástico para los cuatro valores de Tf. La decadencia más lenta de las correlaciones en las ejecuciones de DNS deterministas es más pronunciada en separaciones mayores y para valores más altos de Re.
Descripción
En simulaciones numéricas directas (DNS) de turbulencia homogénea e isotrópica, se necesita forzado numérico para lograr campos de velocidad estadísticamente estacionarios. El tensor de correlación de dos tiempos en el espacio euleriano del campo de diferencia de velocidad del fluido, u(r,t)=u(x+r,t)-u(x,t), caracteriza la evolución temporal de los remolinos turbulentos cuyos tamaños escalan con la separación r=|r|. En este estudio, investigamos los efectos de dos esquemas de forzado espectral en la decadencia temporal de la correlación de dos tiempos euleriana de las diferencias de velocidad del fluido u(r,t)u(r,t). En consecuencia, se realizaron DNS de turbulencia homogénea e isotrópica para dos tamaños de malla, 1283 y 5123, correspondientes a los números de Reynolds de microescala de Taylor Re~80 y 210, respectivamente. Se logró la estacionariedad estadística empleando esquemas de forzado espectral determinista y estocástico. En el esquema estocástico, es necesario especificar la escala de tiempo, Tf, de los procesos de Uhlenbeck-Ornstein (UO) que constituyen el forzado. Consideramos cuatro valores de la escala de tiempo UO (Tf=TE/4,TE,2TE y 4TE) para cada Re, donde TE es la escala de tiempo de grandes remolinos obtenida de la ejecución de DNS con forzado determinista en el mismo Re. Se observa que las correlaciones u(r,t)u(r,t) obtenidas de las ejecuciones de DNS con forzado determinista decaen más lentamente que las de las ejecuciones de DNS con forzado estocástico para los cuatro valores de Tf. La decadencia más lenta de las correlaciones en las ejecuciones de DNS deterministas es más pronunciada en separaciones mayores y para valores más altos de Re.