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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2022.tde-03052023-171934
Document
Author
Full name
Pedro Henrique Rosa dos Santos
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2022
Supervisor
Committee
Medeiros, Marcello Augusto Faraco de (President)
Placidi, Marco
Rodrigues, Savio Brochini
Title in English
Numerical simulation of the receptivity of Tollmien-Schlichting waves due to acoustic waves inciding on rectangular hump and gap in compressible flow
Keywords in English
acoustic
bump
cavity
DNS
receptivity
roughness
Abstract in English
The acoustic receptivity of TS waves due to localized roughness (gaps and bumps) inside a compressible laminar boundary layer has been studied. The method utilized was Direct Numerical Simulation with high-order compact finite differences and body fitting mesh. The parameter space covered small rectangular positive or negative non uniformities, and an initial non-linear bump height, as well as different Mach numbers.
A novel way to measure the receptivity was suggested. The comparison with the simulation data from the literature provided a validation and indicated that this procedure leads to more reliable values of receptivity. Experimental data from literature was taken for comparison, and the possible implications of the pressure gradient in the evolution of the TS wave in a wind tunnel were evaluated as a possible explanation for the differences encountered.
The results showed in this paper also suggest that the non linearity of the receptivity of bumps starts to be significant at height greater about 12.6% of δ*b (undisturbed Blasius displacement thickness). Moreover, the receptivity of gaps seemed to be smaller than the receptivity of bump, which was not predicted by the linearised theories, such as the Finite Reynolds Number Theory of Choudhari and Streett (1992). At last, the results show that the receptivity decreases with the Mach number, and this trend appears to be in agreement with Raposo, Mughal and Ashworth (2019).
Title in Portuguese
Simulação numérica da receptividade de ondas Tollmien-Schlichting devido à incidência de ondas acústicas em ressalto e cavidade retangulares em escoamento compressível
Keywords in Portuguese
acústica
cavidade
DNS
receptividade
ressalto
rugosidade
Abstract in Portuguese
A receptividade acústica das ondas TS devido à rugosidade localizada retangular (cavidade e ressalto) dentro de uma camada limite laminar compressível foi estudada. O método utilizado foi a Simulação Numérica Direta com diferenças finitas compactas de alta ordem e malha de ajuste ao corpo. O espaço paramétrico cobriu pequenas não uniformidades positivas ou negativas, e uma altura inicial de ressalto considerada não linear para receptividade. O espaço também inclui diferentes números de Mach.
Uma nova maneira de medir a receptividade foi sugerida. A comparação com os dados de simulação da literatura forneceu uma validação e indicou que este procedimento leva a valores de receptividade mais confiáveis. Dados experimentais da literatura foram tomados para comparação, e as possíveis implicações do gradiente de pressão na evolução da onda TS em um túnel de vento foram avaliadas como uma possível explicação para as diferenças encontradas.
Os resultados apresentados neste trabalho também sugerem que a não linearidade da receptividade dos ressaltos começa a ser significativa em alturas superiores a cerca de 12,6% de δ*b. Além disso, a receptividade das cavidades parecia ser menor do que a receptividade do ressalto, o que não foi previsto pelas teorias linearizadas, como a Teoria dos Números Finitos de Reynolds de Choudhari and Streett (1992). Por fim, os resultados mostram que a receptividade diminui com o número de Mach, e esta tendência parece estar de acordo com Raposo, Mughal e Ashowrth (2019).
 
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Publishing Date
2023-05-04
 
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