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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2012.tde-18092013-111352
Documento
Autor
Nome completo
Elmer Mateus Gennaro
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Medeiros, Marcello Augusto Faraco de (Presidente)
De Marqui Junior, Carlos
Hernandez Rodriguez, Oscar Mauricio
Meneghini, Julio Romano
Rodrigues, Savio Brochini
Título em português
Análise da estabilidade global de escoamentos compressíveis
Palavras-chave em português
Análise estabilidade linear BiGlobal
Escoamento compressível
Instabilidade hidrodinâmica
Método de Arnoldi
Problema de autovalor
Resumo em português
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, 2004) e mostram que o incremento do número de Mach reduz o numero de Reynolds crítico e a faixa instável do número de ondas.
Título em inglês
Global instability analysis of compressible flow
Palavras-chave em inglês
Arnoldi method
BiGlobal instability analysis
Compressible flow
Eigenvalue problem
Hydrodynamic instability
Resumo em inglês
Investigation of linear instability mechanisms is essential for understanding the process of transition from laminar to turbulent flow. An algorithm for the numerical solution of the compressible BiGlobal eigenvalue problem is developed. This algorithm exploits the sparsity of the matrices resulting from the spatial discretization of the enigenvalue problem in order to improve the performance in terms of both memory and CPU time over previous dense algebra solutions. Spectral collocation and finite differences spatial discretization methods are implemented, and a performance study is carried out in order to determine the best practice for the efficient solution of a general physical problem with sparse matrix techniques. A combination of spectral collocation and finite differences can further improve the performance. The code developed is then applied in order to revisit and complete the parametric analyses on global instability of the compressible swept Hiemenz flow initiated in (THEOFILIS; FEDOROV; COLLIS, 2004) and obtain neutral curves of this flow as a function of the Mach number in the 0 '< OU =' Ma '< OU =' 1 range. The present numerical results fully confirm the asymptotic theory results presented in (THEOFILIS; FEDOROV; COLLIS, 2004). This work presents a complete parametric study of the instability properties of modal three dimensional disturbances in the subsonic range for the flow conguration at hand. Up to the subsonic maximum Mach number value studied, it is found that an increase in this parameter reduces the critical Reynolds number and the range of the unstable spanwise wavenumbers.
 
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Data de Publicação
2013-10-09
 
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