Analysis of stationary and non-stationary phenomena in turbulent subcritical flow behind two parallel cylinders

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Ost, Ana Paula
• Orientador(a): Moller, Sergio Vicosa
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Escoamento turbulento; Cilindros; Transformada de Hilbert
• Palavras-chave em Inglês: Hilbert-Huang transform; Empirical mode decomposition; Bistability; Chaos theory; Dynamic systems
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/262163

Este estudo apresenta a análise do fenômeno da biestabilidade no escoamento em torno de dois cilindros lado a lado usando dois métodos para análise de sinais, e teoria do caos para a análise da dinâmica. Os dados experimentais foram adquiridos para vários números de Reynolds e várias razões de aspecto p/D de 1,16, 1,26 e 1,60, o diâmetro dos cilindros é de 25,1 mm. A técnica experimental utilizada consiste em medir as flutuações de velocidade em um canal aerodinâmico utilizando anemometria de fio quente. O estudo apresenta a aplicação da transformada de Hilbert-Huang (HHT) como ferramenta de análise para sinais não estacionários e não lineares. O método é primeiramente validado utilizando sinais experimentais para um cilindro sobre escoamento turbulento e após aplicado ao escoamento sobre dois cilindros lado a lado. Resultados mostram que o método de HHT fornece não só uma definição mais precisa de eventos específicos no espaço tempo-frequência, mas também permite uma interpretação física mais significativa dos processos dinâmicos das escalas do escoamento. A análise estatística dos dados experimentais é feita com o objetivo de identificar padrões estatísticos que possam ser utilizados para caracterização do escoamento biestável. Para a análise estatística os dados são varridos por uma janela móvel, criando blocos de funções densidade de probabilidade (PDFs). Os quatro primeiros momentos estatísticos são calculados e é possível estabelecer uma tendência de comportamento baseada em suas variações. A dinâmica do sistema biestável é estudada aplicando ferramentas da teoria do caos, como o maior expoente de Lyapunov. O atrator estranho da série temporal da velocidade é reconstruído e sua topologia é utilizada para melhor compreensão do comportamento físico do fenômeno da biestabilidade. Cada esteira do escoamento biestável é analisada separadamente. Um modelo geral do escoamento biestável é reconstruído utilizando funções de probabilidade. A aplicação de um conjunto de ferramentas para a análise da turbulência das esteiras dos cilindros é útil para a melhor compreensão de fenômenos turbulentos, produzindo resultados significativos e permitindo a identificação de estruturas turbulentas e escalas do escoamento e um entendimento sobre a dinâmica do sistema.