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Análise da estabilidade global de escoamentos compressíveis; Global instability analysis of compressible flow

Gennaro, Elmer Mateus
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 08/08/2012 PT
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66.83%
A investigação dos mecanismos de instabilidade pode ter um papel importante no entendimento do processo laminar para turbulento de um escoamento. Análise de instabilidade de uma camada limite de uma linha de estagnação compressível foi realizada no contexto de teoria linear BiGlobal. O estudo dos mecanismos de instabilidade deste escoamento pode proporcionar uma visão útil no desenho aerodinâmico das asas. Um novo procedimento foi desenvolvido e implementado computacionalmente de maneira sequencial e paralela para o estudo de instabilidade BiGlobal. O mesmo baseia-se em formar a matriz esparsa associada ao problema discretizado por dois métodos: pontos de colocação de Chebyshev-Gauss-Lobatto e diferenças finitas, além das combinações destes métodos. Isto permitiu o uso de bibliotecas computacionais eficientes para resolver o sistema linear associado ao problema de autovalor utilizando o algoritmo de Arnoldi. O desempenho do método numérico e código computacional proposto são analisados do ponto de vista do uso de métodos de ordenação dos elementos da matriz, coeficientes de preenchimento, memória e tempo computacional a fim de determinar a solução mais eficiente para um problema físico geral com técnicas de matrizes esparsas. Um estudo paramétrico da instabilidade da camada limite de uma linha de estagnação foi realizado incluindo o estudo dos efeitos de compressibilidade. O excelente desempenho código computacional permitiu obter as curvas neutras e seus respectivos valores críticos para a faixa de número de Mach 0 '< OU =' Ma '< OU =' 1. Os resultados confirmam a teoria assintótica apresentada por (THEOFILIS; FEDOROV; COLLIS...

Instabilidade hidrodinâmica linear do escoamento compressível em uma cavidade; Linear hidrodinamic instability of compressible lid-driven cavity flow

Bergamo, Leandro Fernandes
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 28/04/2014 PT
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46.73%
Os mecanismos de instabilidade hidrodinâmica têm um papel importante no processo da transição do escoamento de laminar para turbulento. A análise da instabilidade hidrodinâmica em uma cavidade com tampa deslizante foi realizada através da decomposição em modos globais (biglobal) para avaliar o efeito da compressibilidade neste fenômeno. O escoamento base foi obtido através de simulação numérica direta (DNS). Para tal, foi desenvolvido um código DNS compressível com discretização espacial por diferenças finitas compactas de alta resolução espectral e capacidade de processamento paralelo, com um método de decomposição de domínio que mantém a precisão das diferenças finitas compactas. O escoamento base é usado para montar o problema de autovalor oriundo das equações de Navier-Stokes linearizadas para a perturbação, discretizadas por diferenças finitas explícitas. O uso de diferenças finitas em conjunto com a implementação em matrizes esparsas reduz sensivelmente o uso de memória. Através do algoritmo de Arnoldi, a ordem do problema de autovalor é reduzida e os autovalores de interesse são recuperados. Os resultados indicam o efeito estabilizante da compressibilidade nos modos dominantes da cavidade e revelam modos inerentes ao escoamento compressível...

Compressible modes in a square lid-driven cavity

Bergamo, Leandro Fernandes; Gennaro, Elmer Mateus; Theofilis, Vassilis; Medeiros, Marcello Augusto Faraco
Fonte: Elsevier B.V. Publicador: Elsevier B.V.
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: 125-134
ENG
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP); This paper studies the effect of compressibility on the linear stability of a two-dimensional lid-driven cavity flow in the subsonic regime. The base flow is generated by high fidelity direct numerical simulation and a biglobal mode instability analysis is carried out by a matrix forming approach. The eigenvalue problem is discretized by high-order finite differences and Arnoldi algorithm is used to reduce the size of the problem. The solution procedure uses sparse matrix techniques. Influence of Mach number on the modes known from incompressible calculations is presented, showing that compressibility has a stabilizing effect. New modes that appear only for compressible flows are presented and their relationship with duct acoustics is investigated.

Numerical study of stability of flows from low to high Mach number

PINNA, FABIO
Fonte: La Sapienza Universidade de Roma Publicador: La Sapienza Universidade de Roma
Tipo: Tese de Doutorado
EN
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Interest in the study of stability lies in the strong link with the laminar-to-turbulent transition with several implications in the design of new vehicles in the aerospace community. If on one side aeronautics would like to predict and control transition to limit drag, boost efficiency and reduce the fuel consumption on the other hand, space design faces reentry problem where an accurate transition prediction could lead to a better sizing of the thermal protection system, thus enhancing the overall performance of the spacecraft. Nevertheless one has to keep in mind that transition can occur because of several causes, which make the link between stability and transition not as direct as one would it like to be. On an engineering point of view the use of the eN method has been selected as our preferred way of estimating the onset of transition. Despite the great amount of software available to study stability of incompressible flows and, to a lesser extent, low supersonic flows, there is a restricted number of codes dealing specifically with hypersonic flows. The objective of this work is then to write a consistent toolkit to be able to study stability of flows at different regimes, from low to high Mach numbers. The VESTA toolkit (VKI Extensible Stability and Transition Analysis toolkit) gathers a number of codes for different regimes which are based on Chebyshev pseudo-spectral methods. It compares well against literature for the incompressible and compressible flows while hypersonic cases are more difficult to test...

Linear global instability of non-orthogonal incompressible swept attachment-line boundary-layer flow

Pérez, José Miguel; Rodríguez, Daniel; Theofilis, Vassilis
Fonte: Cambridge University Press Publicador: Cambridge University Press
Tipo: Article; PeerReviewed Formato: application/pdf
Publicado em 10/11/2012
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Flow instability in the non-orthogonal swept attachment-line boundary layer is addressed in a linear analysis framework via solution of the pertinent global (BiGlobal) partial differential equation (PDE)-based eigenvalue problem. Subsequently, a simple extension of the extended Görtler–Hämmerlin ordinary differential equation (ODE)- based polynomial model proposed by Theofilis et al. (2003) for orthogonal flow, which includes previous models as special cases and recovers global instability analysis results, is presented for non-orthogonal flow. Direct numerical simulations have been used to verify the analysis results and unravel the limits of validity of the basic flow model analysed. The effect of the angle of attack, AoA, on the critical conditions of the non-orthogonal problem has been documented; an increase of the angle of attack, from AoA = 0 (orthogonal flow) up to values close to π/2 which make the assumptions under which the basic flow is derived questionable, is found to systematically destabilize the flow. The critical conditions of non-orthogonal flows at 0 ≤ AoA ≤ π /2 are shown to be recoverable from those of orthogonal flow, via a simple algebraic transformation involving AoA.