Estudio numérico de la transición a la turbulencia en flujos paralelos, por el método de elementos finitos

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 velocida...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Campo, Gabriel
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2005
Materias:
Ingeniería nuclear
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
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/53/1/1Campo.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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Poiseville pipe flow
description 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
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