¿Existe el desprendimiento de vórtices a lo largo de la superficie de un objeto?

El desprendimiento de vórtices ocurre debido al desprendimiento del flujo. El ejemplo típico es para la estela oscilante detrás de un cilindro , y tiene una frecuencia relacionada con el tamaño del objeto.

Quiero saber, si un objeto largo como un submarino / tren viaja a través de un fluido, ¿el (pequeño) desprendimiento del flujo en la parte delantera del objeto causará vórtices y viajará a lo largo del cuerpo antes de separarse nuevamente en el final del objeto?

es decir, si estos vórtices tienen una frecuencia fija en relación con la geometría, para distinguirlos de la turbulencia general de la capa límite.

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He realizado una búsqueda bibliográfica y no puedo encontrar la respuesta a esta pregunta. Solo el comentario repetido de que "el comportamiento turbulento a escalas más grandes es una fuerte función de la geometría del flujo y los parámetros de flujo bruto" 1 . También he analizado la cuestión de las "fluctuaciones de presión de la pared sobre un escalón orientado hacia adelante" 2 , pero los resultados generalmente se presentan en términos de coherencia y correlación cruzada en el dominio de la frecuencia (por ejemplo, el modelo de Corcos 3 ) y no responda mi pregunta dependiente del tiempo.

Además, este 4 paper shows realiza una simulación numérica que parece mostrar que la respuesta es , sin embargo, la relación entre la frecuencia de desprendimiento en este tipo de geometría no está clara para mí.

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  1. Robinson, Stephen K. "Movimientos coherentes en la capa límite turbulenta". Revisión anual de mecánica de fluidos 23.1 (1991): 601-639.

  2. Largeau, JF y V. Moriniere. "Fluctuaciones de presión de pared y topología en flujos separados sobre un escalón orientado hacia adelante". Experimentos en fluidos 42.1 (2007): 21-40.

  3. Corcos, GM “Resolución de presiones en turbulencia”. Revista de la Sociedad Acústica de América 35.2 (2005): 192-199.

  4. Bruneau, Charles-Henri, Patrick Gilliéron e Iraj Mortazavi. "Control pasivo alrededor del cuerpo bidimensional de espalda cuadrada de Ahmed usando dispositivos porosos". Revista de Ingeniería de Fluidos 130.6 (2008): 061101.

Respuestas (2)

Con un número de Renyolds bajo, el desprendimiento de vórtices descrito en la pregunta no ocurre, según los siguientes videos de simulación:

http://www.youtube.com/watch?v=ElmTA0t3bEc

http://www.youtube.com/watch?v=8o-JC3R9YBY

http://www.youtube.com/watch?v=sN9LP5dNWhc

Sin embargo, para un número de Renyolds más alto, véase Nakamura et al. "Experimentos sobre el desprendimiento de vórtices de placas planas con bordes delanteros y traseros cuadrados" J. Fluid Mech. (1991) vol. 222, páginas 437-447 . Se colocan sondas a lo largo del costado y separadas de la placa para analizar la frecuencia y los vórtices se pueden ver en las fotografías (Figs. 6a y 6b) a lo largo de la placa.

Excelente papel. ¿Tiene una respuesta sobre si existe alguna fórmula bien conocida/empírica para predecir la frecuencia de los vórtices que pasan sobre el borde de la superficie? es decir, análogo a F = Calle  V / D ?
Lo siento, no tengo esa fórmula.
@James en realidad, el documento en la página 439 usa una fórmula análoga, donde D se reemplaza con c (longitud de cuerda, la longitud de la placa), pero considera a St como la variable dependiente. La referencia compara la estela con la longitud de onda lateral (sección 3.4) y la velocidad de fase (Fig. 8). Parece que la frecuencia es aproximadamente la misma en el costado que en la estela.

Parece que está buscando la separación de la capa límite, que ocurre para un número de Reynolds suficientemente grande. Consulte la Introducción a la dinámica de fluidos de Batchelor, secciones 5.8 a 5.10.

Ver también:

http://en.wikipedia.org/wiki/Flow_separation

http://en.wikipedia.org/wiki/Boundary_layer

Puede tener grandes flujos de números de Reynolds en los que la capa límite no esté separada. Generalmente, los números de Reynolds grandes están asociados con capas límite turbulentas . El gradiente de presión es el parámetro relevante para la separación de la capa límite.