Linear and non-linear dynamics of non-autonomous flows
Tid: Fr 2023-06-02 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: J. Simon Kern , Turbulent simulations laboratory
Opponent: Prof. Dr. Peter J. Schmid, KAUST
Handledare: Dan S. Henningson, Turbulent simulations laboratory; Ardeshir Hanifi, Turbulent simulations laboratory
QC 230510
Abstract
Flöden som är föremål för tidsberoende yttre krafter eller randvillkor är vanligt förekommande inom biologi och tekniska tillämpningar. Oavsett om man tittar på fåglar som flyger genom att flaxa med vingarna eller vindturbiners respons på en vindil, så är flödet icke-autonomt. Denna avhandling undersöker inflytandet av externt tidsberoende på den icke-linjära flödesutvecklingen, liksom på den linjära responsen på små störningar som bestämmer dess stabilitet.
För analysen av tids-periodiska pulserande flöden genom toroidala rör utvecklas och valideras en iterativ fixpunktlösare i frekvensrummet för att beräkna basflödena. Metoden används för att utforska effekten av pulsationer på flödet genom rör med relevanta krökningar. Genom att använda Floquet-ramverket undersöks flödets linjära stabilitet nära de kritiska parametervärden som visar en stark känslighet för pulsationer som främst är stabiliserande.
I den lokala stabiliteten av pulserande plan Poiseuille strömning följs egenvärden hos den linjära operatorn över tiden där subharmoniska egenvärdes-trajektorier uppstår. Deras ursprung spåras till spektrala degenereringar av operatorn, vilket leder till övergångar av den harmoniska störningen mellan egenvärdestrajektorierna som involverar icke-modal tillväxt. Samma strömings-fallet används sedan för att bedöma potentialen hos optimalt tidsberoende (OTD) ramverket för transient linjär stabilitetsanalys av flöden med godtyckligt tidsberoende med hjälp av en lokaliserad linjär/icke-linjär implementation anpassad till öppna flöden.
Detta ramverk används sedan för att följa den linjära stabiliteten hos laminära separationsbubblor på oscilerande vingar. På en vingprofil identifieras den globala moden som motsvarar en absolut lokal instabilitet vid bubblans ände, vilket orsakar dess sammanbrott till turbulens. I en annan vinge som genomgår dynamisk stall avslöjar OTD-moderna den viktigaste skärskiktsinstabiliteten i bubblan samt tillväxt som korrelerar med virvelavlösning.
Inflytandet av låg fri-strömsturbulens på starten på dynamisk stall undersöks och uppträdandet av intermitent virvelavlösning under bubblans sammanbrott dokumenteras. Den upprepade förekomsten av fenomenet i olika simuleringar av samma flödesfall bekräftar dess statistiska relevans. Proper Orthogonal Decomposition utökas genom att inkludera tiden. Analysen möjliggör att extrahera transienta strukturer från data på ett objektivt sätt.