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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14997
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Modelagem matemática de esteiras em desenvolvimento temporal utilizando o método pseudoespectral de Fourier |
Author: | Jacob, Bruno Tadeu Pereira |
First Advisor: | Silveira Neto, Aristeu da |
First member of the Committee: | Souza, Francisco José de |
Second member of the Committee: | Silva, Renato Aparecido Pimentel da |
Third member of the Committee: | Thompson, Roney Leon |
Summary: | O 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. |
Abstract: | 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. |
Keywords: | Método pseudoespectral de Fourier CFD Equações de Navier-Stokes Esteiras periódicas Escoamentos cisalhantes livres Fourier pseudo-spectral method Navier-Stokes equations Periodic wakes Free-shear flows Escoamento Esteira rolante Turbulência |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
Language: | por |
Country: | BR |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Institution Acronym: | UFU |
Department: | Engenharias |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
Quote: | 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 |
Document identifier: | https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.379 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14997 |
Date of defense: | 13-Aug-2015 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica |
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