Campo, Gabriel (2005) Estudio numérico de la transición a la turbulencia en flujos paralelos, por el método de elementos finitos / Numerical analysis of the transition to turbulence in parallel flows, using the finite element method. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
En el presente trabajo se estudia numéricamente la transición subcrítica que experimentan los flujos paralelos al pasar del regimen laminar, estacionario, al estado de turbulencia plena. En particular, el estudio está orientado al flujo Couette plano desarrollado entre dos placas planas con velocidad relativa entre sí y, especialmente, al flujo de Hagen-Poiseuille dentro de un tubo. Ambos están caracterizados por una dinámica semejante descripta por la teoría de los sistemas dinámicos, que es uno de los marcos conceptuales del trabajo junto con la mecánica de fuidos. La técnica numérica utilizada consiste en el método de elementos finitos con igual interpolación para velocidad y presión, estabilizado en forma consistente. Este estudio abarca el modelado de la transición subcrítica, pero está especialmente enfocado a observar y documentar las dificultades numéricas que presenta el cálculo de órbitas turbulentas, dada su condición de caoticidad, caracterizada por exponentes de Lyapunov negativos y positivos. Esta dificultad trae aparejada la inviabilidad de obtener cálculos puntuales de velocidad en forma confiable en flujos turbulentos. En consecuencia, sólo se puede realizar un estudio parcial de la dinámica del sistema, observando los aspectos no-normales y no-lineales característicos del mismo, la formación de los denominados 'streaks' y la desestabilización de los mismos, que llevan al sistema a un estado turbulento, el cual sólo puede ser abordado en forma cualitativa. Es importante notar el hecho de que los trabajos sobre modelado numérico de flujos turbulentos, en general no se interesan por valores puntuales de velocidad, sino por magnitudes estadísticas, que comparan razonablemente bien con valores experimentales. Sin embargo, esta concordancia es de hecho, y no cuenta con un sustento teórico adecuado que permita afirmar que cálculos con errores lleven a resultados estadísticos provenientes del problema físico que se desea modelar
Resumen en inglés
This work is concerned with the numerical study of the subcritical transition to turbulence in shear flows. In particular, it considers plane Couette flow between paralell moving walls and Hagen-Poiseuille pipe flow, which are both expected to experiment similar dymamics. The conceptual framework of this study is based on the fluid dynamics and dynamical systems theories. The stabilized finite element numerical technique has been used, with equal order in velocity and pressure interpolation. This study deals with the analysis of the subcritical transition with a focus on numerical difficulties that arise in computations of chaotic-turbulent orbits and the no-feasability of trustable results. These difficulties only allow us to carry out a partial study of the dynamics of the system, observing its main issues. Non-normality and non-linearity features are observed, followed by the formation of 'streaks' and their breakdown, driving the system to a turbulent state which leads to a qualitative study of this last stage. An important issue must be addressed, concerning the fact that in computational fluid dynamics of turbulent flows, no attention is paid to the velocity in a particular point of the domain, and only statistical mean values are taken into account which agree with experimental data. However, there are no sound theoretical results that bear the fact that solutions with numerical errors lead to acceptable statisticals results interpreting the physics of the problem to be modelled
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Turbulencia; Sistemas dinámicos; Caos; Mecánica; Fluido; Flujo Covette plano; Computabilidad; Flujo Hagen-Poiseuille; Numerical analysis; Turbulence; Parallel processing; Finite element method; Dynamical systems; Chaos; Fluid mechanics; Plane covette flow; Poiseville pipe flow; |
| Materias: | Ingeniería nuclear |
| Divisiones: | Aplicaciones de la energía nuclear > Tecnología de materiales y dispositivos > Mecánica computacional |
| Código ID: | 53 |
| Depositado Por: | Administrador RICABIB |
| Depositado En: | 27 Abr 2010 10:46 |
| Última Modificación: | 27 Abr 2010 10:46 |
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