Riassunto analitico
The present work reports a study of the Mach number and the density ratio effects on the properties of turbulence in a temporally evolving mixing layer. To this aim, a series of Direct Numerical Simulations (DNS) have been performed, changing the Mach number and the density ratio between the upper and the lower streams of the mixing layer. The compressible equations of motion have been solved by using the finite volume method provided by the opensource software OpenFOAM. The DNS data are finally analysed by means of a statistical analysis to shed light on the phenomena goverining the mixing layer. The main effect of the Mach number is a delay of the laminar-to-turbulent transition that in turn leads to a delay of self-similarity and to lower turbulence levels. On the other hand, the main effect of a density ratio other than one is a shift of the center of the mixing layer towards the lower density region of the domain and larger values of the temperature and density fluctuations. In conclusion, this study emphasises a statistical approach to turbulence, through which effects of interest can be studied, trying to "organize" the information of a phenomenon that, to a first glance, is chaotic, disorganized and unpredictable.
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Abstract
Il presente lavoro riporta uno studio degli effetti del numero di Mach e del rapporto di densità sulle proprietà della turbolenza in uno strato di miscelazione in evoluzione temporale. A questo scopo, una serie di simulazioni numeriche dirette (DNS) sono state eseguite, cambiando il numero di Mach e il rapporto di densità tra i flussi superiore e inferiore dello strato di miscelazione. Le equazioni comprimibili del moto sono state risolte utilizzando il metodo dei volumi finiti fornito dal software opensource OpenFOAM. I dati DNS sono infine analizzati attraverso un'analisi statistica per far luce sui fenomeni che governano lo strato di miscelazione. L'effetto principale dell'aumento del numero di Mach è un ritardo della transizione da laminare a turbolento che a sua volta porta a un ritardo della zona di self-similarity e a livelli di turbolenza più bassi. D'altra parte, l'effetto principale di un rapporto di densità diverso da uno è uno spostamento del centro dello strato di miscelazione verso la regione a bassa densità del dominio e valori più grandi delle fluttuazioni di temperatura e densità. In conclusione, questo studio sottolinea un approccio statistico alla turbolenza, attraverso il quale si possono studiare gli effetti di interesse, cercando di "organizzare" le informazioni di un fenomeno che, ad un primo sguardo, è caotico, disorganizzato e imprevedibile.
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