Estructura Estadística y Desviaciones del Equilibrio en la Turbulencia de Canales Ondulados
Autores: Khan, Saadbin; Jayaraman, Balaji
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Estructura Estadística y Desviaciones del Equilibrio en la Turbulencia de Canales Ondulados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujo turbulento
Topología de superficie
Régimen de rugosidad
Número de Reynolds
Resistencia por fricción
Ondulaciones de superficie
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La estructura del flujo turbulento sobre superficies no planas es un tema de gran interés en aplicaciones prácticas tanto en ingeniería como en entornos geofísicos. Se ha realizado mucho trabajo en el régimen completamente rugoso a altos números de Reynolds, donde el efecto en la estructura de turbulencia de la capa exterior y la fricción resultante están bien documentados. Resulta que la topología de la superficie juega un papel significativo en la fricción del flujo, especialmente en el régimen de rugosidad transicional y, por lo tanto, es difícil de caracterizar. La revisión de la literatura muestra que la función de rugosidad depende de la interacción de la altura de la rugosidad, el número de Reynolds del flujo y la forma de la topología. Además, si la topología de la superficie contiene escalas lo suficientemente grandes, puede impactar la dinámica de la capa exterior y, a su vez, modular la fuerza de fricción total. Por lo tanto, es importante entender los mecanismos subyacentes al aumento de la fricción debido a las ondulaciones de superficie sistemáticamente variadas para interpretar mejor las cuantificaciones basadas en estadísticas medias, como la función de rugosidad. En este estudio, exploramos los mecanismos que modulan la estructura de turbulencia sobre una superficie ondulada sinusoidal bidimensional (2D) con una amplitud fija, pero con pendientes que son lo suficientemente pequeñas como para generar solo separación de flujo intermitente. Para lograr esto, realizamos un conjunto de simulaciones numéricas directas (DNS) altamente resueltas para modelar el flujo turbulento entre dos placas onduladas 2D infinitamente anchas a un número de Reynolds de fricción, Re=180, que representa una separación de escala modesta. Buscamos dos enfoques de análisis diferentes pero relacionados. El primero adopta un enfoque de caracterización de rugosidad de tales superficies onduladas. El segundo se centra en entender la estructura de turbulencia cerca de la superficie en no equilibrio y su impacto en la caracterización de la rugosidad. El análisis de las diferentes cuantificaciones estadísticas muestra una fuerte dependencia de la pendiente de la onda para la función de rugosidad, indicando un aumento de la fricción debido a tensiones turbulentas mejoradas resultantes del aumento de la producción de varianza de velocidad vertical a partir de las ondulaciones de la superficie.
Descripción
La estructura del flujo turbulento sobre superficies no planas es un tema de gran interés en aplicaciones prácticas tanto en ingeniería como en entornos geofísicos. Se ha realizado mucho trabajo en el régimen completamente rugoso a altos números de Reynolds, donde el efecto en la estructura de turbulencia de la capa exterior y la fricción resultante están bien documentados. Resulta que la topología de la superficie juega un papel significativo en la fricción del flujo, especialmente en el régimen de rugosidad transicional y, por lo tanto, es difícil de caracterizar. La revisión de la literatura muestra que la función de rugosidad depende de la interacción de la altura de la rugosidad, el número de Reynolds del flujo y la forma de la topología. Además, si la topología de la superficie contiene escalas lo suficientemente grandes, puede impactar la dinámica de la capa exterior y, a su vez, modular la fuerza de fricción total. Por lo tanto, es importante entender los mecanismos subyacentes al aumento de la fricción debido a las ondulaciones de superficie sistemáticamente variadas para interpretar mejor las cuantificaciones basadas en estadísticas medias, como la función de rugosidad. En este estudio, exploramos los mecanismos que modulan la estructura de turbulencia sobre una superficie ondulada sinusoidal bidimensional (2D) con una amplitud fija, pero con pendientes que son lo suficientemente pequeñas como para generar solo separación de flujo intermitente. Para lograr esto, realizamos un conjunto de simulaciones numéricas directas (DNS) altamente resueltas para modelar el flujo turbulento entre dos placas onduladas 2D infinitamente anchas a un número de Reynolds de fricción, Re=180, que representa una separación de escala modesta. Buscamos dos enfoques de análisis diferentes pero relacionados. El primero adopta un enfoque de caracterización de rugosidad de tales superficies onduladas. El segundo se centra en entender la estructura de turbulencia cerca de la superficie en no equilibrio y su impacto en la caracterización de la rugosidad. El análisis de las diferentes cuantificaciones estadísticas muestra una fuerte dependencia de la pendiente de la onda para la función de rugosidad, indicando un aumento de la fricción debido a tensiones turbulentas mejoradas resultantes del aumento de la producción de varianza de velocidad vertical a partir de las ondulaciones de la superficie.