Identificação de vórtices em escoamento compressíveis

DIAS, Marcilene da Conceição

Artigo

Identificação de vórtices em escoamento compressíveis

This research aims to apply Beltrami compressible flows in the identification of vortices, according to different kinematic identification criteria, and to weave discussions about the regions identified in the molds found in Andrade (2007) and Andrade (2008). Beltrami flows are a class of flows that...

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Autor principal:	DIAS, Marcilene da Conceição
Grau:	Artigo
Publicado em:	2022
Assuntos:	Definição de vórtice Escoamento compressível Escoamento de Beltrami Definition of vortex Compressible flow Beltrami flow CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
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spelling	oai:https:--bdm.ufpa.br:8443:prefix-48432022-12-28T03:05:09Z Identificação de vórtices em escoamento compressíveis DIAS, Marcilene da Conceição ANDRADE, Luiz Cláudio Fialho http://lattes.cnpq.br/3988224151528149 Definição de vórtice Escoamento compressível Escoamento de Beltrami Definition of vortex Compressible flow Beltrami flow CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS This research aims to apply Beltrami compressible flows in the identification of vortices, according to different kinematic identification criteria, and to weave discussions about the regions identified in the molds found in Andrade (2007) and Andrade (2008). Beltrami flows are a class of flows that have been the subject of intense interest by many researchers. Many studies have been carried out on incompressible Beltrami flows, while similar analyzes based on the compressible case are much rarer, which motivated this work. Analytical steady state incompressible solutions of Euler's equations that satisfy the condition of a Beltrami flow have applications in the study of field line topology, in the context of dynamical systems (Arnold, 1989; Arnold and Khesin 1998), in the study of turbulence in fluids, and in the generation of magnetic fields (Arnold and Khesin, 1998; Moffatt, 1986; Constantin and Majda, 1988; Arnold, 2014; Andrade, 2008). In the case of compressible flow, Beltrami flows were applied by Govorukhin, Morgulis et al. (1999) and by Govorukhin (2003), using the fundamentals developed by Morgulis et al. (1995), to analyze the topology of orbits obtained through Poincaré maps. The velocity field described in section 2.1 (The CABC Flow) was applied to obtain the vortices identified according to the criteria established in Section 3 (Methods of identification of vortices). The vortices were extracted through the implementation of the CABC Flow, and the calculation of each of the scalar fields that define each of the criteria in a computational code using the MATLAB software, on a three-dimensional domain varying between 0 and 2π in the 3 x coordinate directions, y, z, with step 0.2. The vortex views are slices of the scalar fields identified as volumes according to the three criteria obtained through the Isocaps reference function in a common configuration PC. As a summary of this discussion, different identification methods occupy different regions, to a greater or lesser extent, with greater or lesser magnitude of scalar fields. This type of flow structure analysis is useful to extend the understanding of flow dynamics and can support, e.g., turbulence models (Fernandes et al., 2012). Finally, additional simulations of the identification criteria discussed here and other identification criteria on the CABC Flow, on a wide spectrum of functions and parameters that define the flow, as well as simulations of experimental compressible laboratory flows from data obtained by Particle Image Velocimetry (PIV) is needed to deepen the brief impressions gathered here. Esta pesquisa objetiva aplicar escoamentos compressíveis de Beltrami na identificação de vórtices, segundo diferentes critérios cinemáticos de identificação, e tecer discussões sobre as regiões identificadas nos moldes encontrados em Andrade (2007) e Andrade (2008). Os escoamentos de Beltrami são uma classe de escoamentos que tem sido objeto de intenso interesse por muitos pesquisadores. Muitos estudos foram realizados sobre escoamentos de Beltrami incompressíveis, enquanto análises similares baseadas no caso compressível são muito mais raras, o que motivou a realização deste trabalho. Soluções incompressíveis analíticas em regime permanente das equações de Euler que satisfazem a condição de um escoamento de Beltrami, têm aplicações no estudo da topologia das linhas de campo, no contexto de sistemas dinâmicos (Arnold, 1989; Arnold e Khesin 1998), no estudo da turbulência em fluidos, e na geração de campos magnéticos (Arnold e Khesin, 1998; Moffatt, 1986; Constantin e Majda, 1988; Arnold, 2014; Andrade, 2008). No caso de escoamento compressível, Escoamentos de Beltrami foram aplicadas por Govorukhin, Morgulis et al. (1999) e por Govorukhin (2003), usando os fundamentos desenvolvidos por Morgulis et al. (1995), para analisar a topologia das órbitas obtidas através de mapas de Poincaré. O campo de velocidades descrito na seção 2.1 (O Escoamento CABC) foi aplicado para obter os vórtices identificados segundo os critérios estabelecidos na Seção 3 (Métodos de identificação de vórtices). Os vórtices foram extraídos mediante a implementação do Escoamento CABC, e o cálculo de cada um dos campos escalares que definem cada um dos critérios em um código computacional usando o software MATLAB, sobre um domínio tridimensional variando entre 0 e 2π nas 3 direções coordenadas x, y, z, com passo 0,2. As visualizações dos vórtices são slices dos campos escalares identificados como volumes segundo os três critérios obtidas através da função de referência Isocaps em um PC de configuração comum. Como síntese dessa discussão, métodos de identificação diferentes ocupam regiões diferentes, em maior ou menor extensão, com maior ou menor magnitude dos campos escalares. Esse tipo de análise da estrutura do escoamento é útil para estender a compreensão da dinâmica dos escoamentos e pode embasar, e.g., modelos de turbulência (Fernandes et al., 2012). Por fim, Simulações adicionais dos critérios de identificação abordados aqui e de outros critérios de identificação sobre o Escoamento CABC, sobre um espectro amplo de funções e parâmetros que definem o escoamento, assim como simulações de escoamentos experimentais de laboratório compressíveis a partir de dados obtidos por Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV) são necessárias para aprofundar as breves impressões colhidas aqui. 2022-12-26T20:27:16Z 2022-12-26T20:27:16Z 2022-12-16 Trabalho de Conclusão de Curso - Graduação - Artigo DIAS, Marcilene da Conceição. Identificação de vórtices em escoamento compressíveis. In: SIMPÓSIO DA FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA, 2., 2022, Tucuruí. Anais eletrônicos [...]. Tucuruí: CAMTUC, 2022. p. 01-14. Disponível em: https://bdm.ufpa.br:8443/jspui/handle/prefix/4843. Acesso em:. https://bdm.ufpa.br:8443/jspui/handle/prefix/4843 Acesso Aberto Disponível na internet via Sagitta
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