Turbulenta flöden över porösa och ojämna ytor
Tid: Fr 2024-04-12 kl 09.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: Seyed Morteza Habibi Khorasani , Strömningsmekanik och Teknisk Akustik, Linné Flow Center, FLOW
Opponent: Professor Alfredo Soldati, Technische Universität Wien
Handledare: Shervin Bagheri, Linné Flow Center, FLOW, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Strömningsmekanik och Teknisk Akustik; Geert Brethouwer, Linné Flow Center, FLOW, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Teknisk mekanik
QC 240327
Abstract
I detta arbete, undersöker vi hur turbulenta flöden påverkas av ytmodifieringar. För detta ändamål undersöker vi randvilkor som är avsedda att efterlikna effekten av ojämna ytor. Vi studerar också hur porösa ytor påverkar den överliggande turbulenta flödet.
Ytstrukturer kan påverka turbulens på ett subtilt sätt. Mycket små ytojämnheter (i storleksordningen av det viskösa skiktets tjocklek) orsakar en förskjutning av de turbulensgenererande flödesstrukturerna nära väggen genom att antingen begränsa eller tillåta transpiration att äga rum nära ytan. Det förra leder till minskning av luft/vattenmotståndet och det senare till dess ökning. När ytojämnheterna ökar i storlek och blir mer synliga för turbulensen, förändrar de dynamiken nära väggen och orsakar strukturella förändringar i flödet. Dessa effekter modelleras med hjälp av glid- och transpirationsrandvilkor som kallas ”Transpiration-Resistance Model”. Användbarheten av dessa randvilkor för att fungera som en effektiv modell för ytråhet har analyserats. Det visar sig att randvilkoren är en bra modell av små ytojämnheter, och i begränsad utsträckning större ojämnheter (som penetrerar buffertskiktet). TRM ökar vår förståelse kring vilka strukturer som är viktiga i turbulenscykeln när ytor.
Porösa väggar tillåter utbyte av massa, rörelsemängd och energi med den överliggande turbulensen. Deras permeabla struktur gör att turbulensen utvecklar en Kelvin-Helmholtz-liknande instabilitet som orsakar stora virvlar. Dessa virvlar omfördelar rörelsemängden och den turbulenta kinetiska energin i den porösa väggen. Denna överföring av energi bort från bulkflödet ökar motståndet men är fördelaktigt för transporten av värme. Vi visar att potentialen hos porösa väggar för förbättring av värmeöverföring är större jämfört med andra passiva väggstrukturer.
Vi har även utfört en studie av ett flerflassystem vid ytor. Flerfasinteraktioner äger oftast rum på en mikroskala i porösa medier. Vi har undersökt stabiliteten av tunn vätskehinna runt en cylinder. Teoretiska analyser från linjär stabilitetsanalys (LSA) kan prediktera antalet primära droppar som filmen kan bryta upp i. Filmmorfologin uppvisar emellertid komplexiteter som LSA inte tar hänsyn till. En mer komplex icke-linjär modell visar att mindre sekundära droppar kan uppstå under filmuppbrytningsprocessen. Numeriska simuleringar baserade på .”Volume-of-Fluid (VoF)” visar att två initialt primära droppar så småningom kan gå ihop till en, vilket framhäver de icke-linjära mekanismerna som är involverade i processen.