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Master's Dissertation
DOI
Document
Author
Full name
Vinícius Hagemeyer Chiumento
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Souza, Leandro Franco de (President)
Mendonça, Márcio Teixeira de
Paiva Neto, Afonso
Vedovoto, João Marcelo
Title in Portuguese
Estudo numérico da transição laminar-turbulenta de um jato planar binário
Keywords in Portuguese
Escoamento binário
Estabilidade de jatos livres
Transição laminar-turbulenta
Abstract in Portuguese
A eficiência de motores a combustão está diretamente relacionada a mistura dos reagentes. O que é muito desejado em todos os sistemas, inclusive em sistemas aeroespaciais onde a combustão ocorre de forma contínua como nos motores a jato, motores de foguete, ramjet e scramjet. No caso do scramjet a combustão ocorre em regime supersônico e conhecer como os dois fluidos se misturam na câmera de combustão é muito importante pois o tempo de residência na câmera é muito reduzido, aumentando a importância de uma mistura homogênea para a eficiência da combustão. Em determinados casos pequenas pertubações em um jato vão se amplificar podendo ocasionar a transição do escoamento laminar para turbulento. O que é desejado visto que escoamentos turbulentos são caracterizados pela grande capacidade de mistura. No presente trabalho estudamos a estabilidade de jatos coaxiais composto por dois fluídos com pequenas pertubações na base para escoamentos supersônicos para casos bidimensionais e tridimensionais. O escoamento foi investigado utilizando simulação numérica e a teoria de estabilidade linear, os resultados de ambos os métodos foram comparados, casos com pertubações bidimencionais e tridimencionais foram analizados. As simulações numéricas foram realizadas utilizando diferenças finitas de alta ordem de precisão para a discretização espacial. A integração temporal foi feita utilizando o método de Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados de ambos os métodos mostraram uma boa concordância.
Title in English
Numerical study of the laminar-turbulent transition of a coaxial binary jet
Keywords in English
Binary flow
Free jet stability
Transitional flow
Abstract in English
The efficiency of combustion engines are strict related to the mixing between reagents. That is very desire in every aerospace propulsion system, when the combustion is continuous such as rocket engines, ramjets and scramjets. The combustion in scramjet occurs in supersonic speed ith a very small resilience time, know how two fluids are mixed in this case is very important because are direct related to the efficiency of the combustion. In such cases small disturbances in a jet flow can be amplified until occur the transition from a laminar flow to a turbulent flow, that is desired because the great capacity of mixing of turbulent flows. In this work are studied the jet flow stability when the jet are composed by two fluids with small disturbances in the base for supersonic flows in bidimensional and tridimensional cases. The numerical results are obtained by numerical simulation and linear stability theory (LST). High order finite difference schemes are adopted for spatial derivatives. The integration in time are caried out by a fouth order Runge-Kutta scheme. The results obtained by numerical simulation and linear stability theory show good agreement.
 
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Publishing Date
2019-10-04
 
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