Former av rör
Tid: Ti 2023-06-13 kl 10.15
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: Valerio Lupi , Turbulent simulations laboratory, SimEx/FLOW
Opponent: Professor Jean-Christophe Robinet, DynFluid Laboratory, Arts et Métiers Institute of Technology
Handledare: Professor Philipp Schlatter, Turbulent simulations laboratory; Dr Ramis Örlü, Strömningsmekanik och Teknisk Akustik
QC 230524
Abstract
Krökta rör finns överallt i olika industriella tillämpningar och biologiska system. Att studera flöden genom dessa konfigurationer har därför ett betydande praktiskt intresse.
I denna avhandling undersöks den modala stabiliteten hos flöden i både torusformade och rumsutvecklande krökta rör för att förstå övergången till turbulens. Dessutom analyseras turbulensegenskaper och storskaliga strukturer i flöden genom toroidformade och spiralformade rör.
Den modala stabiliteten för stadiga flöden genom toroidformade rör studeras för värden på krökningen som närmar sig noll, d.v.s. det raka röret, för att ge ytterligare bevis på det faktum att Hagen–Poiseuille hastighetsprofilen är stabil mot små störningar för alla Reynoldstal.
En ny beräkningsteknik har utvecklats för att beräkna det laminära pulserande flödet i ett torusformat rör. En karaktärisering av detta flöde för olika värden på pulsationsfrekvensen och pulsationsamplituden presenteras. Floquet-teori används sedan för att undersöka hur stabiliteten påverkas av de styrande parametrarna, i synnerhet amplituden och frekvensen av pulseringen.
Flödena genom rumsutvecklande krökta rör studeras också för att förstå hur turbulens-övergången förändras med avseende på toroidgeometrin. Både ett 90°- och ett 180°-krökt rör med samma krökning undersöks. En övergång från stadigt till periodisk regim observeras i båda fallen. Stabilitetsanalysen avslöjar att instabilitetens kärna är belägen vid krökens yttervägg, cirka 15° nedströms böjinloppet, för båda rören. Liknande kritiska Reynoldstal är också hittad.
Slutligen undersöks det fullt utvecklade turbulenta flödet i toroidala och spiralformade rör för att studera effekten av torsion på turbulensegenskaperna. Både krökning och torsion har visat sig signifikant modifiera flödets anisotropi jämfört med fallet med ett rakt rör. Storskaliga strukturer extraheras via proper orthogonal decomposition för att bedöma förekomsten av virvelväxling (swirl switching på engelska).