Poiseuille and Couette flows: the effect of the small scales on the large structures
[ES] Diferentes flujos turbulentos en canales a diversos números de Reynolds de fricción son estudiados para elucidar los cambios en su organización de escalas turbulentas y la transferencia de energía originada por el esfuerzo cortante medio. Los flujos en canales representan el flujo más simple li...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Politècnica de València (UPV) |
| Repositorio: | RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:riunet.upv.es:10251/231772 |
| Acceso en línea: | https://riunet.upv.es/handle/10251/231772 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Turbulencia DNS Flujo de canal Estructuras coherentes Torbellinos 07.- Asegurar el acceso a energías asequibles, fiables, sostenibles y modernas para todos 09.- Desarrollar infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación 13.- Tomar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos |
| Sumario: | [ES] Diferentes flujos turbulentos en canales a diversos números de Reynolds de fricción son estudiados para elucidar los cambios en su organización de escalas turbulentas y la transferencia de energía originada por el esfuerzo cortante medio. Los flujos en canales representan el flujo más simple limitado por paredes, proporcionando un modelo simplificado de la dinámica de la turbulencia en geometrías mucho más complejas limitadas por paredes. En este estudio, nos centramos en flujos de Poiseuille, flujos de Couette y configuraciones combinadas. Por un lado, un flujo de canal de Poiseuille es un flujo impulsado por presión en el cual el fluido se mueve entre paredes paralelas debido a un gradiente de presión. Por otro lado, un flujo de canal de Couette es un flujo impulsado por esfuerzo cortante en el cual el fluido se mueve debido al movimiento relativo de una pared respecto a la otra, sin que intervenga un gradiente de presión. Las configuraciones combinadas contienen ambos mecanismos y cubren una transición escalonada desde un flujo puramente de Poiseuille hasta un flujo puramente de Couette. La física de ambos flujos se resuelve utilizando Simulación Numérica Directa (DNS) a números de Reynolds de fricción bajos a moderados, proporcionando información en todas las escalas turbulentas. El estudio analiza y caracteriza remolinos y estructuras coherentes, incluidas streaks y estructuras intensas de esfuerzos de Reynolds. Se calculan y comparan entre las configuraciones de flujo en canal parámetros geométricos, intensidad turbulenta, ubicación espacial y otros parámetros relevantes mediante gráficos probabilísticos y tendencias. En esta tesis, elucidamos que el esfuerzo cortante medio puede crear estructuras de gran escala promediadas en el tiempo, en forma de streaks y rolls, en configuraciones puramente de Couette y combinadas con suficiente contribución de esfuerzo cortante. Las estructuras de gran escala deben estar presentes para producir estadísticas relevantes del canal; por lo tanto, el tamaño mínimo de dominio en la dirección transversal está limitado por ellas. La generación de estas estructuras de gran escala está vinculada a un proceso autosostenido, el cual es sensible a fuerzas externas tales como la estratificación estable. De hecho, explicamos que una estratificación relativamente pequeña es capaz de romper este proceso autosostenido y, en consecuencia, prevenir el crecimiento de estructuras de gran escala. Además, estas estructuras de gran escala producen una reasignación de estructuras coherentes instantáneas a lo largo de la dirección transversal. Curiosamente, estas streaks y bursts instantáneas permanecen autosemejantes en cualquier configuración, independientemente de la presencia de estructuras de gran escala, de modo que sus proporciones dimensionales no difieren. Por último, al observar flujos de Couette térmicos pasivos, aparecen estructuras de gran escala promediadas en el tiempo en forma de regiones frías y calientes de temperatura. |
|---|