Simulación directa de turbulencia de flujo secundario en ductos con forzado no homogéneo

Abstract

La generación de flujo secundario en ductos rectos de sección rectangular se debe exclusivamente a la turbulencia. En muchos flujos ambientales existen efectos de estratificación que afectan la turbulencia y pueden modificar el flujo secundario. En las corrientes de turbidez, por ejemplo, en la escala microscópica la estratificación modula la turbulencia y en la escala macroscópica la estratificación modula la fuerza impulsora del flujo. El objetivo de este trabajo es analizar de forma aislada el efecto macroscópico de la estratificación sobre el flujo secundario modelando el forzado no homogéneo con un gradiente de presión no uniforme lineal en la dirección vertical. Resultados de simulaciones numéricas directas (DNS, por Direct Numeric Simulations) muestran una pérdida de simetría del flujo medio principal con respecto al eje medio horizontal y un desplazamiento de las posiciones de los valores máximos de velocidad hacia la pared inferior del ducto. En el flujo secundario se observa que los vórtices superiores se extienden hacia la zona central de la sección impactando en la distribución del esfuerzo de corte en las paredes. Los resultados muestran modificaciones en los valores rms de las velocidades que indican una atenuación de la turbulencia en la mitad inferior de la sección.