Tese
Análise numérica da transição à turbulência em escoamentos de jatos circulares livres
Análise numérica da transição à turbulência em escoamentos de jatos circulares livres;
Numerical simulation of the transition in free round jet flows;
Numerical simulation of the transition in free round jet flows
Registration in:
SOUZA, Ana Marta de. Numerical simulation of the transition in free round jet flows. 2005. 208 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2005.
Author
Souza, Ana Marta de
Institutions
Abstract
The interest in jet flows is justified by their remarkable technological importance in
industrial applications, aircraft propulsion systems and noise generation processes. In all these
applications, jet control is the key for the optimization of processes or even the solution of
specific problems.
With this motivation in mind, the present work consists in the physical analysis of free
round jets by means of three-dimensional simulations. Besides this goal, analyses of the
influence of different types of perturbations on the formation and evolution of turbulent
structures are sought.
In the first stage of this work, simulations were run using two codes (LAYER2 e CIL3D),
which employ Large-Eddy Simulation and 2nd order numerical schemes. The results obtained
did not allow the aims proposed to be reached. However, it was possible to conclude that loworder
numerical schemes are not suitable for detailed simulations of jet flows. This has been
verified in other works as well.
From the viewpoint of physical analysis, successful results were obtained by using the
code SPECTRAL, with which Direct Numerical Simulations were run using a pseudo-spectral
method. The results of these simulations allowed to put in evidence structures and phenomena
typical of the flows investigated, as well as to better understand the respective generation
mechanisms. The possibility of controlling the jet through the imposition of different
perturbations to the initial conditions could also be confirmed. The proximity of the inertial region
to the inclination of -5/3 and the decay region were verified in the energy spectra. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Doutor em Engenharia Mecânica O interesse em escoamentos do tipo jato é justificável por sua considerável importância
tecnológica em aplicações industriais, sistemas de propulsão de aviões e aeronaves e
processos de geração de ruídos. Em todas estas aplicações o controle do jato é determinante
para a otimização dos processos ou mesmo para solução de problemas específicos.
Diante desta motivação, o objetivo do presente trabalho consiste na análise física de
jatos circulares livres através de simulações tridimensionais. A este objetivo somam-se análises
da influência de diferentes tipos de perturbação sobre a formação e evolução das estruturas
turbilhonares.
Na primeira etapa de desenvolvimento do presente trabalho, as simulações foram
realizadas utilizando dois códigos (LAYER2 e CIL3D), os quais empregam Simulação de
Grandes Escalas (SGE) e esquemas numéricos de 2a ordem. Os resultados obtidos não
permitiram atingir os objetivos propostos. Entretanto, foi possível concluir que esquemas
numéricos de baixa ordem não são adequados para simular com detalhe o escoamento de
jatos, o que também pode ser verificado em outros trabalhos.
Resultados bem-sucedidos do ponto de vista da análise física foram obtidos através do
código SPECTRAL, com o qual se realizou Simulação Numérica Direta empregando um
método pseudo-espectral. Os resultados destas simulações permitiram evidenciar estruturas e
fenômenos típicos dos escoamentos estudados, bem como compreender melhor os
mecanismos de geração dos mesmos. A possibilidade do controle do jato através da imposição
de diferentes perturbações às condições iniciais pôde também ser constatada. Os espectros de
energia permitiram verificar a proximidade da região inercial do jato à inclinação de -5/3 e a
região de decaimento do jato.