La organización de las grandes escalas en flujos de pared

Abstract

[EN] The recent investigation of the turbulent features in flows dominated by a shear stress, like Couette flows, have proven the presence of strong and long unexpected turbulent structures. Despite different scientific publications have described these structures since the early nineties, little has been said about their stability and length. It has very recently been shown that the length of these structures grows with the Reynolds number, which makes in some cases the determination of their length beyond the possibilities of the largest supercomputers. On the other hand, these structures are curiously not present in pressure driven flows, such as Poiseuille flow. The aim of this master’s thesis is to analyse the stability of these large turbulent structures by adding a certain percentage of Poiseuille flow to each case until a pure Poiseuille flow is achieved. Thus, a stepped transition between both scenarios can be studied. Additionally, different domain sizes are employed in order to study the length of these turbulent features. Due to the potential extent of the structures studied, our biggest domain is indeed considered among the longest simulation channels in turbulence.

[ES] Las grandes estructuras presentes en los flujos de Couette, el primer flujo que se estudia en los cursos de mecánica de fluidos, son analizadas mediante DNS en dominios extremadamente largos. Se ha creado una base de datos con una transicón escalonada de flujos de Couette (cizalladura) a flujos de Poiseuille (presión). Se han realizado una serie de herramientas en Matlab para extraer toda la información posible acerca de estos flujos. Nuestra principal contribución es la identificación del esfuerzo de Reynolds como principal agente de la creación de estas estructuras. Se ha realizado además un estudio pormenorizado sobre el tipo de vórtices presentes en el flujo, incluyendo su organización espacial y el efecto de la traqnsición de Couette a Poiseeuille. De los resultados de la tesis, hay un artículo a punto de ser aceptado en la revista Physcics of Fluids y otro más está escribiendose ahora mismo.

[CA] Les investigacions recents sobre les característiques de la turbulència en fluxos dominats per l’esforç tallant, com el flux de Couette, han demostrat la presència d’estructures turbulentes extenses i persistents. Encara que diverses publicacions científiques han descrit estes estructures des del principi dels noranta, poc s’ha dit sobre la seua estabilitat i longitud. De fet, fa poc s’ha desmostrat que la seua longitud creix amb el número de Reynolds; açò fa que casos amb un elevant número de Reynolds sobrepassen la capacitat de les supercomputadores més grans. Per altra part, curiosament estes estructures no estàn presents en els fluxos regits per un gradient de pressió, com és un flux de Poiseuille. L’objectiu d’aquest TFM és analitzar l’estabilitat d’estes grans estructures turbulentes. Per a això, s’estudiaràn diversos casos, els cuals cobrixen una transició escalonada des d’un flux de Poiseuille pur fins un flux de Couette pur. A més, s’emplearàn dominis amb diferents tamanys en l’estudi de la longitud de les estructures turbulentes. Degut a la seua possible longitud, el nostre domini més gran està considerat actualment com un dels canals turbulents més extensos.