La Resistencia de un Cuerpo Arbitrario en un Flujo de Stokes No Estacionario Confinado
Autores: Procopio, Giuseppe; Biagioni, Valentina; Giona, Massimiliano
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
La Resistencia de un Cuerpo Arbitrario en un Flujo de Stokes No Estacionario Confinado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Fuerzas de resistencia
Torques
Flujo de Stokes
Parámetro de frecuencia
Límites asintóticos
Problemas hidrodinámicos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
En este artículo, abordamos las fuerzas de resistencia y los torques que actúan sobre un cuerpo de forma arbitraria que se mueve en un flujo de Stokes no estacionario. Comenzamos analizando la forma funcional de las expresiones para las fuerzas y los torques, que dependen del parámetro de frecuencia y de la posición del cuerpo en el dominio del fluido, y determinando los límites asintóticos para altas y bajas frecuencias. En este sentido, mostramos que, para altas frecuencias (por lo tanto, tiempos cortos), las fuerzas y los torques se obtienen a partir de los problemas hidrodinámicos asociados considerando flujos potenciales ideales, independientemente de la geometría del problema. Posteriormente, con el objetivo de obtener expresiones para las fuerzas y los torques válidas en todo el rango de frecuencias, extendemos al caso no estacionario el método de reflexión, ampliamente empleado en la teoría de los flujos de Stokes estacionarios. De esta manera, se proporcionan expresiones generales en términos de los operadores de Faxén del cuerpo y la función de Green asociada con la geometría de la confinación, que son válidas, en el orden principal, a cualquier frecuencia, independientemente de la geometría del problema. Finalmente, como aplicación de las expresiones generales, se obtienen relaciones explícitas para las fuerzas de resistencia que actúan sobre un cuerpo esférico con condiciones de contorno de no deslizamiento cerca de una pared plana con condiciones de contorno de deslizamiento completo, válidas en todo el rango de frecuencias, siempre que la distancia entre el plano y la esfera sea mayor que un radio de esfera.
Descripción
En este artículo, abordamos las fuerzas de resistencia y los torques que actúan sobre un cuerpo de forma arbitraria que se mueve en un flujo de Stokes no estacionario. Comenzamos analizando la forma funcional de las expresiones para las fuerzas y los torques, que dependen del parámetro de frecuencia y de la posición del cuerpo en el dominio del fluido, y determinando los límites asintóticos para altas y bajas frecuencias. En este sentido, mostramos que, para altas frecuencias (por lo tanto, tiempos cortos), las fuerzas y los torques se obtienen a partir de los problemas hidrodinámicos asociados considerando flujos potenciales ideales, independientemente de la geometría del problema. Posteriormente, con el objetivo de obtener expresiones para las fuerzas y los torques válidas en todo el rango de frecuencias, extendemos al caso no estacionario el método de reflexión, ampliamente empleado en la teoría de los flujos de Stokes estacionarios. De esta manera, se proporcionan expresiones generales en términos de los operadores de Faxén del cuerpo y la función de Green asociada con la geometría de la confinación, que son válidas, en el orden principal, a cualquier frecuencia, independientemente de la geometría del problema. Finalmente, como aplicación de las expresiones generales, se obtienen relaciones explícitas para las fuerzas de resistencia que actúan sobre un cuerpo esférico con condiciones de contorno de no deslizamiento cerca de una pared plana con condiciones de contorno de deslizamiento completo, válidas en todo el rango de frecuencias, siempre que la distancia entre el plano y la esfera sea mayor que un radio de esfera.