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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2008.tde-22042008-112415
Documento
Autor
Nome completo
Elmer Mateus Gennaro
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2008
Orientador
Banca examinadora
Medeiros, Marcello Augusto Faraco de (Presidente)
Marques, Flavio Donizeti
Meneghini, Julio Romano
Título em português
Análise da instabilidade hidrodinâmica de uma esteira assimétrica
Palavras-chave em português
Desprendimento de vórtice
DNS
Equação de Orr-Sommerfeld
Escoamento cisalhante
Esteira assimétrica
Instabilidade hidrodinâmica
Resumo em português
Em uma aeronave, dispositivos de hiper-sustentação à altos ângulos de ataque promovem a formação de esteiras. Tais esteiras influenciam o desempenho aerodinâmico. A esteira do eslate, por exemplo, afeta o ponto de transição do elemento principal da asa e é a fonte de ruído mais importante na estrutura do avião. Devido a geração de sustentação estas esteiras são assimétricas. Corpos imersos em escoamento cisalhante também produzem esteiras assimétricas, com importantes aplicações para a indústria petrolífera. Existem aspectos de tais escoamentos que precisam de investigação. Por exemplo, não há consenso sobre se pode ou não a assimetria suprimir desprendimento de vórtice ou como afeta o desprendimento da frequência. Na verdade, existe uma aparente discrepância entre os resultados encontrados na literatura. O objetivo do presente trabalho é contribuir para esta questão. A idéia foi investigar a influência da assimetria em um perfil de esteira bidimensional sob desenvolvimento temporal. O perfil da esteira assimétrica foi obtido por uma combinação entre um perfil de uma esteira gaussiana e um perfil tangente hiperbólico da camada de mistura. Foi desenvolvido uma análise bidimensional (2D) da teoria de estabilidade linear para o perfil. O trabalho também incluiu simulações numéricas diretas (DNS) bidimensionais da evolução da perturbação usando formulação característica das equações compressíveis de Navier-Stokes na forma não-conservativa. Os resultados mostraram que a assimetria reduz o frequência de desprendimento para a faixa investigada do parâmetro de assimetria 0 '< OU =' K '< OU =' 0,25. Para pequenos valores deste parâmetro os resultados mostraram que a assimetria promove a estabilidade. Efeitos do número de Mach na esteira assimétrica também foram investigados. Os resultados mostraram que o aumento do Ma reduziu a máxima taxa de amplificação e a banda instável. Além disso, os resultados da literatura foram reconciliados, levando-se em conta a variação do coeficiente de arrasto com a assimetria. Portanto, uma possível explicação para a controvérsia foi oferecido.
Título em inglês
Analysis of the hydrodynamic instability of an asymmetric wake
Palavras-chave em inglês
Asymmetric wake
DNS
Hydrodynamic instability
Orr-Sommerfeld equation
Shear flow
Vortex shedding
Resumo em inglês
In an aircraft, high-lift devices operating at high angle of attack promote the formation wakes. Such wakes influence the aerodynamic performance. The slat wake, for example, affects the transition point of the wing main element and is the most important source of noise in the airframe. Owing to the generation of lift these wakes are asymmetries. Bodies immersed in a shear flow also produce asymmetric wakes, with important applications to the oil industry. There are aspects of such flows that need investigation. For instance, there is no consensus about whether or not the asymmetry can suppress vortex shedding or how it affects the shedding frequency. Indeed there is an apparent discrepancy between results found in literature. The aim of the present work was to contribute to this issue. The idea was to investigate the influence of asymmetry on a two-dimensional wake profile under temporal development. The asymmetric wake profile was obtained by a combination between a Gaussian wake profile and a hyperbolic tangent mixing layer profile. The bidimensional (2D) linear stability theory analysis of the profile was performed. The work also included 2D Direct Numerical Simulation (DNS) using the characteristic formulation of the compressible Navier-Stokes equations in non-conservative form. The results showed that the asymmetry reduces the shedding frequency for the range of 0 '< OU =' K '< OU =' 0,25 investigated. For small values of the asymmetric parameter the results showed that the asymmetry promotes stability. Effects of the number of Mach in asymmetric wake also were investigated. The results showed that the increase of Ma reduced the maximum rate amplification and the band unstable. Moreover, the results from literature were reconciled by taking into account the variation of the drag coefficient with the asymmetry. Therefore, a possible explanation for the controversy was offered.
 
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Data de Publicação
2008-04-25
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • GENNARO, Elmer M., COLACITI, Alysson K., and MEDEIROS, Marcello A.F.. On the controversy regarding the effect of flow shear on the Strouhal number of cylinder vortex shedding [doi:10.1016/j.ast.2013.04.002]. Aerospace Science and Technology [online], 2013, vol. 29, n. 1, p. 313-320.
  • GENNARO, Elmer, and MEDEIROS, Marcello A F. Temporal development of an asymmetric wake. In 5th Conference on Bluff Body Wakes and Vortex-Induced Vibrations (BBVIV5), Costa do Sauípe, 2007.
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