Modelagem matemática de esteiras em desenvolvimento temporal utilizando o método pseudoespectral de Fourier
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2015 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14997 https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.379 |
Resumo: | The present work is dedicated to perform the mathematical modeling and DNS and LES simulations of a three-dimensional, temporally evolving incompressible plane wake are performed, seeking to evidence differences in stability, transition and onset of both coherent and small scale structures, when the flow is subjected to random perturbations of different amplitudes. The perturbations are generated using the Random-Flow-Generator (RFG) technique, being imposed to the flow as initial conditions. The Navier-Stokes equations are solved in a prismatic domain, with periodic boundary conditions in all directions, using Fourier pseudospectral method. The invariants of the velocity gradient tensor, Q and R, are analyzed for random perturbations with magnitudes 10−3, 10−4 and 10−5, showing the onset of their characteristic teardrop correlation map. Moreover, maps of the second and third invariants of the rate-of-strain tensor, QS and RS, are shown, in order to evidence the differences in local flow strain and topological characteristics of the dissipation of kinetic energy. Isosurface plots of Q and QW, as well as vorticity contours are shown, allowing visual identification of the coherent structures and confirming patterns predicted by the invariant maps. |
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Modelagem matemática de esteiras em desenvolvimento temporal utilizando o método pseudoespectral de FourierMétodo pseudoespectral de FourierCFDEquações de Navier-StokesEsteiras periódicasEscoamentos cisalhantes livresEscoamentoEsteira rolanteTurbulênciaFourier pseudo-spectral methodNavier-Stokes equationsPeriodic wakesFree-shear flowsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAThe present work is dedicated to perform the mathematical modeling and DNS and LES simulations of a three-dimensional, temporally evolving incompressible plane wake are performed, seeking to evidence differences in stability, transition and onset of both coherent and small scale structures, when the flow is subjected to random perturbations of different amplitudes. The perturbations are generated using the Random-Flow-Generator (RFG) technique, being imposed to the flow as initial conditions. The Navier-Stokes equations are solved in a prismatic domain, with periodic boundary conditions in all directions, using Fourier pseudospectral method. The invariants of the velocity gradient tensor, Q and R, are analyzed for random perturbations with magnitudes 10−3, 10−4 and 10−5, showing the onset of their characteristic teardrop correlation map. Moreover, maps of the second and third invariants of the rate-of-strain tensor, QS and RS, are shown, in order to evidence the differences in local flow strain and topological characteristics of the dissipation of kinetic energy. Isosurface plots of Q and QW, as well as vorticity contours are shown, allowing visual identification of the coherent structures and confirming patterns predicted by the invariant maps.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorMestre em Engenharia MecânicaO presente trabalho se dedica a modelagem matemática e a simulações numéricas DNS e LES de uma esteira tridimensional, incompressível, em desenvolvimento temporal, buscando evidenciar diferenças na estabilidade, transição e no desenvolvimento de estruturas coerentes e de pequena escala, quando o escoamento é submetido a perturbações randômicas de diferentes amplitudes. As perturbações são geradas utilizando-se a técnica Random Flow Generator (RFG), sendo sobrepostas à condição inicial do escoamento. As equações de Navier-Stokes são resolvidas em um domínio prismático, com condições de contorno periódicas em todas as direções, utilizando-se o método pseudoespectral de Fourier. Os invariantes do tensor gradiente de velocidade, Q e R, são analisados para perturbações de magnitude 10−3, 10−4 and 10−5, mostrando a formação de uma correlação no formato de gota, característica da resolução das equações de Navier-Stokes. Além disso, são apresentados mapas do segundo e terceiro invariante do tensor taxa de deformação, QS e RS, a fim de evidenciar as diferenças locais no escoamento e as características topológicas na taxa de dissipação de energia cinética. Isosuperfícies de Q e QW, bem como contornos de vorticidade são apresentados, possibilitando a identificação visual das estruturas coerentes, e confirmando os padrões de estruturas previstos pelos mapas de invariância.Universidade Federal de UberlândiaBRPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaEngenhariasUFUSilveira Neto, Aristeu dahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4781876D5&dataRevisao=nullSouza, Francisco José dehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4703183Y4Silva, Renato Aparecido Pimentel dahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4751495Y3Thompson, Roney Leonhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4791991J6Jacob, Bruno Tadeu Pereira2016-06-22T18:41:04Z2016-02-172016-06-22T18:41:04Z2015-08-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfJACOB, Bruno Tadeu Pereira. Modelagem matemática de esteiras em desenvolvimento temporal utilizando o método pseudoespectral de Fourier. 2015. 151 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.379https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14997https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.379porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2021-07-19T14:45:55Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/14997Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2021-07-19T14:45:55Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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The present work is dedicated to perform the mathematical modeling and DNS and LES simulations of a three-dimensional, temporally evolving incompressible plane wake are performed, seeking to evidence differences in stability, transition and onset of both coherent and small scale structures, when the flow is subjected to random perturbations of different amplitudes. The perturbations are generated using the Random-Flow-Generator (RFG) technique, being imposed to the flow as initial conditions. The Navier-Stokes equations are solved in a prismatic domain, with periodic boundary conditions in all directions, using Fourier pseudospectral method. The invariants of the velocity gradient tensor, Q and R, are analyzed for random perturbations with magnitudes 10−3, 10−4 and 10−5, showing the onset of their characteristic teardrop correlation map. Moreover, maps of the second and third invariants of the rate-of-strain tensor, QS and RS, are shown, in order to evidence the differences in local flow strain and topological characteristics of the dissipation of kinetic energy. Isosurface plots of Q and QW, as well as vorticity contours are shown, allowing visual identification of the coherent structures and confirming patterns predicted by the invariant maps. |
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JACOB, Bruno Tadeu Pereira. Modelagem matemática de esteiras em desenvolvimento temporal utilizando o método pseudoespectral de Fourier. 2015. 151 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.379 https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14997 https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.379 |
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