Dissertação

{en_GB=Intense Vorticity Structures in Newtonian Turbulence and Turbulent Dissipation in Viscoelastic Fluids Analyzed by Direct Numerical Simulations } {} EVALUATED

{pt=Este trabalho tem como objectivo o estudo das características das estruturas de intensa vorticidade (EIV) em turbulência Newtoniana, assim como pretende estudar a dissipação turbulenta em fluídos viscoelásticos. Estas abordagens baseiam-se em simulações numéricas directas (SND) de turbulência homogénea e isotrópica (THI) forçada em condições estatisticamente estacionárias. O primeiro caso explora-as numericamente para um espectro de números de Reynolds mais amplo do que aqueles encontrados na literatura, nomeadamente 88<Reλ<429. Em geral, confirmam-se resultados obtidos anteriormente por outros autores, tais como as escalabilidades do raio daquelas estruturas, Rivs, com a escala de comprimento de Kolmogorov η e da velocidade azimutal, à distância Rivs, com o desvio-padrão da velocidade u’. Contudo, descobriu-se que o comprimento das EIV escala com η, trazendo um novo resultado a esta área de estudo. O último estudo ilustra as diferenças, inerentes aos graus de liberdade elásticos, que caracterizam os fluídos viscoelásticos, comparando a dinâmica espectral, da equação da evolução da energia cinética, de um fluído puramente viscoso, modelado com Carreau-Yasuda, e um viscoelástico, simulado com FENE-P, impondo a mesma lei de redução de viscosidade por corte. Para além disso, ainda no que se refere ao modelo reológico constitutivo FENE-P, foram conduzidos testes que suportam a lei de escalabilidade entre a concentração β e o número de Weissenberg, no começo da redução de dissipação, previsto pela teoria de de Gennes. Finalmente, um estudo preliminar, sobre a possível presença duma assímptota tipo a de Virk, foi desenvolvida em torno das condições de redução de dissipação máxima. , en=This work intends to study the features of intense vorticity structures (IVS) in Newtonian turbulence and also aims to provide a survey related to turbulent dissipation in viscoelastic turbulence. Both approaches are based in direct numerical simulations (DNS) of forced homogeneous and isotropic turbulence (HIT) at statistically steady sate conditions. The former case explores numerically those structures for a wider range of Reynolds numbers than those found in the literature, namely 88<Reλ<429. In general, statistics confirm previous results from other authors, like the scalabilities of the radius of those structures, Rivs, with Kolmogorov's length scale η and of their azimuthal velocity, at a distance Rivs, with the velocity root-mean-square u’. However, the length of IVS was found to be scalable with η, bringing a new result in this field of research. The latter survey depicts the differences inherent to the elastic degrees of freedom, characterizing viscoelastic fluids, by comparing the spectral dynamics of the kinetic energy evolution equation of a purely viscous fluid, modeled with Carreau-Yasuda, and a viscoelastic one, simulated with FENE-P, when imposing the same shear-thinning behavior. Furthermore, still regarding the FENE-P constitutive rheological model, tests were conducted to support the scalability law between the β concentration and Weissenberg number, at the onset of dissipation reduction, predicted by de Gennes's theory. Finally, a preliminary study about a possible presence of a Virk's-like asymptote was developed near maximum dissipation reduction conditions.}
{pt=Simulações Numéricas Directas, Estruturas de Intensa Vorticidade, FENE-P, Turbulência Homogénea e Isotropica, Viscoelasticidade, en=Direct Numerical Simulations, Intense Vorticity Structures, FENE-P, Homogeneous and Isotropic Turbulence, Viscoelasticity}

Julho 10, 2019, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Carlos Frederico Neves Bettencourt da Silva

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado