Stability and Transition Analysis of Shear Flows
Tid: Fr 2025-10-24 kl 09.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/61597830603
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: Mohammad Moniripiri , Teknisk mekanik, FLOW
Opponent: Dr. Ing. Markus Kloker, University of Stuttgart
Handledare: Docent Ardeshir Hanifi, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Strömningsmekanik; Professor Dan S. Henningson, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Strömningsmekanik
QC 250929
Abstract
Övergången från laminärt till turbulent flöde är ett grundläggande fenomen som har en betydande inverkan på aerodynamisk prestanda och energieffektivitet i ett brett spektrum av tekniska system. En djupare förståelse avmekanismer som driver instabiliteter hos flöde och omslag från laminärt till turbulent tillstånd är därför avgörande för att förbättra strategier för flödeskontroll och optimera systemdesign. I denna avhandling använder vi Direkt Numeriska Simuleringar (DNS) och linjär stabilitetsanalys för att undersöka instabiliteter och omslagssmekanismer i olika skjuvströmningar.
Först analysera vi känsligheten hos instabilitetsvågor med avseende på släta ytvågor i ett tvådimensionellt subsoniskt kompressibelt gränsskikt med hjälp av adjointmetoder. Därefter utvecklar vi ett optimerings ramverk för att identifiera den mest kritiska formen av ytvågighet och kvantifiera de tillåtna ytförändringarna innan instabiliteter når kritiska värden.
Därefter undersöker vi självexciterade instabilitetsmekanismer i laminära separationsbubblor orsakade av ytvågigheter genom global stabilitetsanalys i kombination med DNS. Dessa studier belyser hur variationer i geometrin av ytvågigheten påverkar formationen, tillväxten och den icke-linjära utvecklingen av instabiliteter i sådana strömningsfall och ger en djupare förståelse för självförstärkande omslagsmekanismer i sådana flödeskonfigurationer.
Vidare undersöker vi påverkan av släta ytdeformationer (förhöjningar, engelska 'humps') på laminärt-turbulent omslag i tredimensionella gränsskikt över svepta vingar. Först använder vi DNS för att få en djupare förståelse av de bakomliggande mekanismer som orsakar fördröjning eller påskyndande av omslaget i närvaro av ytförhöjningar. Därefter utvärderar vi giltigheten av den linjära stabilitetsteorin för prediktering av sekundärinstabiliteter i dessa konfigurationer genom kvantitativa jämförelser med DNS. Slutligen analyserar vi effekterna av geometrin hos ytdeformationer samt kombinationer av två sådana på tillväxten av störningar i gränsskiktet. För detta ändamål använder vi DNS för att analysera utvecklingen av primära ‘crossflow'-instabiliteter, medan den linjära teorin används för att karakterisera tillväxten av sekundära instabiliteter, vilket erbjuder en heltäckande ram för förståelsen av laminär-turbulent omslag i sådana flödesfall.
Slutligen undersöker vi laminär-turbulent omslag nedströms av fladdrande och icke-fladdrande bioprostetiska aortaklaffar med hjälp av transienttillväxtanalys och optimalstörningsteori, vilket ger nya insikter i det komplexa virvelsystem som avges från bioprostetiska aortaklaffar.