Inestabilidad y Transición de una Capa Límite sobre un Escalón Inverso
Autores: Teng, Ming; Piomelli, Ugo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
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
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.
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.