Orientadores: William Roberto Wolf, João Luiz Filgueiras de Azevedo

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: O desenvolvimento de escoamentos turbulentos na presença de paredes ocorre tanto em aplicações industriais quanto na natureza. Essa classe de escoamentos turbulentos possui grandes diferenças comparando-se com turbulência livre e os avanços em técnicas experimentais e poder computacional...

Resumo: O desenvolvimento de escoamentos turbulentos na presença de paredes ocorre tanto em aplicações industriais quanto na natureza. Essa classe de escoamentos turbulentos possui grandes diferenças comparando-se com turbulência livre e os avanços em técnicas experimentais e poder computacional estão permitindo entender mais profundamente sobre as estruturas turbulentas encontradas em tais escoamentos. Neste trabalho, estudamos escoamentos turbulentos incompressíveis e compressíveis em canais utilizando a técnica de simulação de grandes escalas. Escoamentos incompressíveis em canais com variações de forma são estudados com o propósito de se entender os efeitos de variação de gradiente de pressão e curvatura na formação de instabilidades de streaks. Além disso, os efeitos de variação de forma na anisotropia do escoamento também são investigados através de uma análise dos invariantes to tensor de Reynolds e do balanço espectral de energia cinética turbulenta. Escoamentos supersônicos em canais lisos também são analisados com o intuito de se compreender os efeitos de compressibilidade e número de Reynolds na turbulência e a importância dos modos hidrodinâmicos, térmicos e acústicos nas estruturas turbulentas coerentes. Para isso, uma análise dos efeitos de velocidade de advecção de estruturas de velocidade e propriedades termodinâmicas é apresentada. Finalmente, técnicas de análise modal são aplicadas para investigar a física das estruturas coerentes em escoamentos supersônicos na presença de paredes para diferentes números de Mach e Reynolds

Abstract: The development of turbulent flows in the presence of walls occurs in both industrial and nature applications. This class of turbulent flows has great differences when compared to free turbulence and the advances in experimental techniques and computational power allow a deeper...

Abstract: The development of turbulent flows in the presence of walls occurs in both industrial and nature applications. This class of turbulent flows has great differences when compared to free turbulence and the advances in experimental techniques and computational power allow a deeper understanding of the turbulent structures found in such flows. In this work, we study incompressible and compressible turbulent flows in channels using the large eddy simulation technique. Incompressible flows in channels with shape modifications are studied in order to understand the effects of pressure gradient variations and curvature in the formation of streak instabilities. In addition, the effects of shape variation on flow anisotropy are also investigated through an analysis of the anisotropic Reynolds stress tensor invariants and the turbulent kinetic energy spectral balance. Supersonic flows over smooth channels are also analyzed in order to understand the effects of compressibility and Reynolds number on turbulence and the importance of the hydrodynamic, thermal and acoustic modes in the coherent turbulent structures. This analysis is performed through an assessment of the advection velocities of the velocity components and thermodynamic properties in different regions of the boundary layer. Finally, flow modal decomposition techniques are applied to investigate the physics of coherent structures in supersonic wall-bounded flows for different Mach and Reynolds numbers

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