Dependencia del flujo secundario con la longitud del dominio en un conducto cuadrado turbulento

Abstract

[ES] La metodología de este trabajo consiste en llevar a cabo un experimento numérico en el que la longitud del dominio periódico de un conducto de sección transversal cuadrada con flujo turbulento es reducido de manera progresiva. Para ello, se realizan diferentes simulaciones DNS con el software NEK5000, basado en el método de elementos espectrales. Se corren 4 casos: 12.5h, 6h, 3h y 2h, donde h representa la mitad de la altura del conducto. Los resultados se analizan para estudiar diferentes puntos que todavía no están claros en la comunidad científica. En primer lugar, se observa cómo el flujo secundario se ve afectado al reducir la longitud del dominio en el sentido de la corriente. También se estudia cómo las estructuras coherentes de la turbulencia se ven afectadas, especialmente aquellas de mayor tamaño, y así entender mejor el funcionamiento de las unidades mínimas de flujo en conductos turbulentos. Finalmente, el objetivo principal es tratar de relacionar estos dos fenómenos para así entender mejor cuáles son los mecanismos turbulentos que originan el movimiento secundario y la relación de éste con las estructuras de la turbulencia.

[EN] The methodology of the thesis consists in conducting a numerical experiment in which the periodic domain length of a turbulent square duct is decreased progressively. For that, DNS simulations of the flow are performed with the software NEK5000, based on the spectral element method. 4 study cases are ran, with streamwise length: 12.5h, 6h, 3h, 2h, where h represents half height of the square duct. The results are analysed in order to try to clarify several points which are not well understood yet. In first place, we aim to observe how the secondary flow is affected when decreasing the streamwise length of the domain. We also aim at studying how the turbulent coherent structures are affected, specially the large-scale ones, and in this way learn more about the so-called minimal flow units in turbulent ducts. Finally, the main goal is to try to relate these two phenomena in order to grasp a better understanding of the driving mechanisms of the secondary flow and its relation with turbulence structures.