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Inestabilidad y Transición de una Capa Límite sobre un Escalón Inverso

Autores: Teng, Ming; Piomelli, Ugo

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Inestabilidad y Transición de una Capa Límite sobre un Escalón Inverso


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Desarrollo
Inestabilidades secundarias
Capa límite
Escalón hacia atrás
Proceso de transición
Distribución de velocidad del flujo libre

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Se investiga numéricamente el desarrollo de inestabilidades secundarias en una capa límite sobre un escalón hacia atrás. Se consideran dos alturas de escalón, h/o*=0.5 y 1.0 (donde o* es el grosor de desplazamiento en la ubicación del escalón), además de un caso de referencia de placa plana. También se examina un caso con una distribución de velocidad de corriente libre realista. Se inicia una transición controlada de tipo K utilizando una cinta estrecha aguas arriba del escalón, que genera pequeñas perturbaciones monocromáticas mediante soplado y succión periódicos. Se realiza una simulación numérica directa bien resuelta. La altura del escalón y la distribución de velocidad de corriente libre impuesta ejercen una influencia significativa en el proceso de transición. Los resultados para el caso h/o*=1.0 exhiben una transición rápida principalmente debido a la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz aguas abajo del escalón; las interacciones no lineales ya ocurren dentro de la región de recirculación, y la simetría inicial y la periodicidad del flujo se pierden en la etapa media de la transición. En contraste, el caso h/o*=0.5 presenta un mapa de transición en el que la transición ocurre muy aguas abajo del escalón, y el flujo permanece espacialmente simétrico y temporalmente periódico hasta la etapa tardía de la transición. Una distribución de velocidad de corriente libre realista (que induce un gradiente de presión adverso) adelanta el inicio de la transición a turbulencia, pero no modifica fundamentalmente las características del flujo observadas en el caso de gradiente de presión cero. Considerando los presupuestos de la energía cinética de perturbación, tanto el escalón como el gradiente de presión inducido aumentan, en lugar de modificar, la transferencia de energía.

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