Método preciso para estimar la fricción en la pared basado en un modelo analítico de ley de la pared
Autores: Zhou, Lei; Wang, Duo; Cao, Bochao; Xu, Hongyi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Método preciso para estimar la fricción en la pared basado en un modelo analítico de ley de la pared
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Método
Fricción en la pared
Perfil de velocidad
Turbulencia
Precisión
Tensión de corte en la pared
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Se propone un método novedoso para determinar con precisión la fricción local en la pared a través de la medición cercana a la pared del perfil de velocidad promedio en el tiempo en una capa límite turbulenta de tipo A (TBL). El método se basa en la ley analítica de la pared recién establecida en la TBL de tipo A. Se utilizan datos de simulaciones numéricas directas (DNS) de turbulencia en una placa plana de gradiente de presión cero (ZPGFP) para demostrar la precisión y robustez del enfoque. Para verificar la fiabilidad y aplicabilidad del método, se realizó una medición de velocimetría de imagen de partículas (PIV) bidimensional en una TBL ZPGFP con un número de Reynolds (Re) bajo a moderado. Al utilizar el algoritmo de correlación de conjunto de píxeles individuales (SPEC), se resolvieron los perfiles de velocidad en la TBL ZPGFP con una resolución espacial significativamente mejorada, lo que mejoró enormemente la precisión de la medición y nos permitió capturar con precisión la información de velocidad cercana a la pared. La precisión del enfoque se valida cuantitativamente para la turbulencia de alto número de Reynolds utilizando los datos de la TBL ZPGFP. La investigación demuestra que el método actual puede proporcionar una estimación precisa de la fricción en la pared con un error medio de menos del 2%, que no solo posee la ventaja de ser insensible a la distancia normal a la pared absoluta del punto de medición, sino también su capacidad de proporcionar una predicción precisa del esfuerzo cortante en la pared basada en datos experimentales bastante escasos sobre el perfil de velocidad. El estudio actual demuestra que el esfuerzo cortante en la pared puede ser estimado con precisión por una velocidad incluso en un solo punto, ya sea medido o calculado en la región cercana a la pared.
Descripción
Se propone un método novedoso para determinar con precisión la fricción local en la pared a través de la medición cercana a la pared del perfil de velocidad promedio en el tiempo en una capa límite turbulenta de tipo A (TBL). El método se basa en la ley analítica de la pared recién establecida en la TBL de tipo A. Se utilizan datos de simulaciones numéricas directas (DNS) de turbulencia en una placa plana de gradiente de presión cero (ZPGFP) para demostrar la precisión y robustez del enfoque. Para verificar la fiabilidad y aplicabilidad del método, se realizó una medición de velocimetría de imagen de partículas (PIV) bidimensional en una TBL ZPGFP con un número de Reynolds (Re) bajo a moderado. Al utilizar el algoritmo de correlación de conjunto de píxeles individuales (SPEC), se resolvieron los perfiles de velocidad en la TBL ZPGFP con una resolución espacial significativamente mejorada, lo que mejoró enormemente la precisión de la medición y nos permitió capturar con precisión la información de velocidad cercana a la pared. La precisión del enfoque se valida cuantitativamente para la turbulencia de alto número de Reynolds utilizando los datos de la TBL ZPGFP. La investigación demuestra que el método actual puede proporcionar una estimación precisa de la fricción en la pared con un error medio de menos del 2%, que no solo posee la ventaja de ser insensible a la distancia normal a la pared absoluta del punto de medición, sino también su capacidad de proporcionar una predicción precisa del esfuerzo cortante en la pared basada en datos experimentales bastante escasos sobre el perfil de velocidad. El estudio actual demuestra que el esfuerzo cortante en la pared puede ser estimado con precisión por una velocidad incluso en un solo punto, ya sea medido o calculado en la región cercana a la pared.