Gartner, Michel (2018) Simulación directa de turbulencia para forzado asimétrico. / Direct numerical simulations of turbulent channel flow driven by a non-uniform force. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Este trabajo estudia las características de flujos turbulentos cuando son forzados asimétricamente. Este tipo de fenomenología es de gran relevancia en problemas de ingeniería, sobre todo cuando existen efectos de estratificación. Los flujos estratificados son aquellos en los que la densidad varía en la dirección vertical. Se pueden identificar dos efectos producidos por la estratificación sobre flujos turbulentos. Uno de ellos es el efecto de estratificación microscópico asociado al mezclado turbulento, mientras que el otro es el efecto de estratificación macroscópico, asociado a la modificación de la fuerza impulsora del flujo. En este trabajo se analiza aisladamente el efecto de estratificación macroscópica, inhibiendo por completo el efecto de estratificación microscópica. Para ello se reemplaza la fuerza impulsora producida por el perfil de densidades por una fuerza volumétrica externa no uniforme. La solución de los problemas de interés se lleva a cabo mediante simulaciones DNS, que resuelven explícitamente la ecuación de Navier-Stokes abarcando todas las escalas del flujo significativas. Como casos de estudio se utilizaron cuatro forzados lineales y seis forzados exponenciales. Se analizaron las velocidades medias, los esfuerzos de corte, las intensidades turbulentas, el balance de energía cinética turbulenta y los eventos turbulentos. Final- mente, se compararon los resultados obtenidos en el presente trabajo con un trabajo previo que estudia de forma aislada los efectos de estratificación microscópicos y con otro que estudia la combinación de los efectos de estratificación microscópicos y macroscópicos.
Resumen en inglés
This undergraduate thesis studies the characteristics of turbulent flows when forced asymmetrically. This type of phenomenology is of great relevance in problems of engineering, especially when there are stratication effects. Stratied flows are those in which the density varies in the vertical direction. Two effects produced by stratication on turbulent flows can be identied. One of them is the microscopic stratication effect associated with turbulent mixing, while the other is the effect of macroscopic stratication, associated with the modication of the driving force of the flow. In this work the effect of macroscopic stratication is analyzed in isolation, completely inhibiting the effect of microscopic stratication. For this, the driving force produced by the density prole is replaced by a non-uniform external volumetric force. The solutions of the problems of interest are calculated using DNS simulations, which explicitly solve the Navier-Stokes equation by encompassing all signicant flow scales. As case studies, four linear driving force proles and six exponential driving force proles were used. We analyze mean velocities, shear stresses, turbulent intensities, turbulent kinetic energy balance and turbulent events. Finally, the results obtained in the present work were compared with two prior works. One which studies effects of microscopic stratication in isolation and another one which studies the couple of microscopic and macroscopic stratication effects.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Tuburlence; Turbulencia; Fluid mechanics; Mecánica de fluidos; [Macroscopic stratification; Estratificación macroscópica; Microscopic stratification; Estratificación microscópica; Turbulent kinetic energy; Energía cinética turbulenta] |
| Referencias: | [1] Schlumberger. Typical oil reservoir, 2012. URL http://www.geomore.com/sedimentary-rocks/sedimentary-rocks-typical-oil-reservoir2/. [2] H., G. M. Turbidity currents. Encyclopedia of Earth System Science, 1992. [3] Sequeiros, O. E. Bedload transport, self acceleration, downstream sorting, and flow dynamics of turbidity currents. Tesis Doctoral,University of Illinois, Urbana- Champaign, 2008. [4] Cantero, M. I., Balachandar, S., Parker, G. Turbidity current with a roof: Direct numerical simulation of self-stratied turbulent channel flow driven by suspended sediment. Journal of Turbulence, Marzo 2009. [5] Cantero, M. I., Balachandar, S., Parker, G. Direct numerical simulation of stratification effects in a sediment-laden turbulent channel flow. Journal of Turbulence, 10, 1-28, Enero 2009. [6] White, F. Fluid mechanics. Mc Graw Hill series, 2015. [7] Pope, S. B. Turbulent Flows. Cambridge university press, 2000. [8] Kantha, L. H., Clayson, C. A. Small Scale Processes in Geophysical Fluid Flows. Academic press, 2000. [9] Wilcox, D. C. Turbulence Modeling for CFD. Grin Printing, 1994. [10] Canuto, C., Hussaini, M., Quarteroni, A. Spectral Methods: Fundamentals in Single Domains. Berlin: Springer-Verlag, 2006. [11] Martorana, J. V. Simulacion directa de turbulencia de flujo secundario con forzado no homogeneo. Tesis de Maestra en Ingeniera, Instituto Balseiro, 2017. [12] Salinas, J. S. Modelado y simulación de corrientes de gravedad con efectos de rotación. Tesis de Maestra en Ingeniera, Instituto Balseiro, 2014. 13] Oliver, T. A., Malaya, N., Ulerich, R., Moser, R. D. Estimating uncertainties in statistics computed from dns. Center for Predictive Engineering and Computational Sciences, 2014. [14] Vinuesa, R., Prus, C., Schlatter, P. Convergence of numerical simulations of turbulent wall-bounded flows and mean cross-flow structure of rectangular ducts. Annyversary of Meccanica, Octubre 2016. [15] Kim, J., Moin, P., Moser, R. Turbulence statistics in fully developed channel flow at low reynolds number. J. Fluid Mech, 177, 133-166, 1987. [16] Bech, K. H., Tllmark, N., Alfredsson, H., Andersson, H. An investigation of turbulent plane couette flow at low reynolds numbers. Journal of Fluid Mechanics, 286, 291-325, 1995. [17] Zhou, J., Adrian, R., Balachandar, S. Kendall, T. Mechanics for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow. Journal of Fluid Mechanics, 1999. [18] Adrian, R. J. Hairpin vortex organization in wall turbulence. Physics of Fuids, 2007. |
| Materias: | Ingeniería nuclear > Mecánica de fluidos |
| Divisiones: | Aplicaciones de la energía nuclear > Tecnología de materiales y dispositivos > Mecánica computacional |
| Código ID: | 709 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 10 Mar 2021 11:19 |
| Última Modificación: | 10 Mar 2021 11:19 |
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