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Disciplina

Turbulência

Área

Área Científica de Termofluidos e Tecnologias de Conversão de Energia > Mecânica dos Fluídos

Activa nos planos curriculares

DEAEMec2006 > DEAEMec2006 > 3º Ciclo > Turbulência

Nível

A avaliação consiste num trabalho de avaliação e crítica de um artigo recente sobre física e/ou modelação da turbulência. Prova oral de apresentação do trabalho (15-20min) seguida de uma série de questões (15min) incidindo sobre o artigo, mas envolvendo também outros pontos da matéria da cadeira.

Tipo

Não Estruturante

Regime

Semestral

Carga Horária

1º Semestre

Aula Teórica (T): 2.0 h/semana

Trabalho Autónomo: 140.0 h/semestre

Créditos ECTS:

Objectivos

O objectivo da disciplina é a de permitir aos futuros Mestres uma fina compreensão física bem como a modelação avançada, atra-vés de simulações numéricas directas (DNS) e das grandes escalas (LES), de escoamentos turbulentos, com aplicações em enge-nharia e em geofísica (atmosfera e oceanografia).

Programa

FENOMOLOGIA DA TURBULÊNCIA Escalas em escoamentos turbulentos. Evolução da energia cinética, vorticidade e enstrofia. Turbulência homogénea e isotrópica. A cascata de energia e a teoria de Kolmogorov: hipóteses de isotropia local, semelhança e universalidade das escalas dissipativas. Não Gaussianidade da turbulência. TURBULÊNCIA NO ESPAÇO ESPECTRAL Equações de Navier-Stokes e de energia cinética no espaço de Fourier. Espectros de energia e de enstrofia. Cascata de energia no espaço de Fourier. Limitações da teoria de Kolmogorov: intermitência interna. ESCOAMENTOS TURBULENTOS CANÓNICOS: Relevância das estruturas coerentes para a descrição e compreensão da turbu-lência. Fenomenologia turbilhonar. Dinâmica das estruturas coerentes em camadas de mistura, jactos e escoamentos parietais. SIMULAÇÕES NUMÉRICAS DIRECTAS E DAS GRANDES ESCALAS (DNS/LES) Equações de Navier-Stokes filtradas e tensões sub-malha. Transferência de energia no espaço de Fourier. Modelação sub-malha no espaço de físico e no espaço de Fourier. Estimativas da resolução necessária e custo computacional em DNS e LES. Análise e verificação de simulações numéricas directas e das grandes escalas. Exemplos de DNS e LES. INTRODUÇÃO À DINÂMICA DOS FLUIDOS GEOFISICOS Equações de Navier-Stokes em referencial não inercial. ESCOAMENTOS NÃO ESTRATIFICADOS E ESTRATIFICADOS COM ROTAÇÃO Teorema de Proudman-Taylor, e equações de Barré e Sait-Venant. Aproximação de Boussinesq. Ondas de gravidade internas. ESCOAMENTOS DE GRANDE ESCALA Camadas delgadas estratificadas e rotativas. Ondas de Rossby. Camadas de Ekman. TURBULÊNCIA BIDIMENSIONAL Descrição clássica da turbulência bidimensional. Cascada de energia inversa. Escalas da turbu-lência bidimensional.