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Abstract:
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Turbulencia y fenómenos concomitantes como transferencia de calor, difusión, resistencia
de fricción y ruido juegan un papel importante en los problemas industriales y ambientales.
Desde el punto de vista de ahorro de energía y protección del medio ambiente, es muy
deseable desarrollar técnicas eficaces de control de turbulencia para la reducción de
fricción o el aumento de transferencia de calor.
Las estructuras coherentes son responsables del mantenimiento de turbulencia a pared.
Entre las estructuras coherentes, estrías de baja velocidad y torbellinos orientados en la
dirección del flujo desempeñan un papel clave en el dicho ciclo autónomo de energía.
Además estos torbellinos son responsables de la elevada resistencia de fricción en la capa
límite. Por lo tanto una de las estrategias para reducir la resistencia en la capa límite es
desarrollar un controlador que puede interrumpir o reducir este ciclo autónomo de energía.
Después del reciente desarrollo de tecnologías tipo MEMS (Micro Electro Mechanical
System), la utilización de sensores y actuadores de dimensión finita distribuidos sobre la
pared parece ser una forma viable para lograr la reducción de resistencia de capa límite.
Simulaciones numéricas directas (DNS) de canales turbulentos han sido realizadas con el
objetivo de comprobar las técnicas de detección de estructuras coherentes con sensores a
pared y averiguar la eficacia de un sistema de control de turbulencia. El esquema numérico
desarrollado por GE et al (GE, M., XU, C., CUI, G., 2010, Appl. Math. Mech. Engl. Ed. 31,
97-108) ha sido utilizado. La velocidad de la pared es determinada por un sistema de
control activo similar a lo desarrollado da Endo et al. (ENDO T., KASAGI N., YUJI S., 2000.
Int. J. of Heat and Fluid Flow 21, 568-575). En este sistema de control la reducción de la
resistencia se logra mediante la manipulación selectiva de torbellinos y estrías obtenida a
través de la deformación de la pared.
Este estudio revela que la cantidad dtu+/dz+ (con tu+=du++/dy+|w ) es una buena variable para
predecir la posición de torbellinos orientados en la dirección del flujo. Este gradiente parece
ser una entrada útil para un sistema de control de turbulencia. La distancia óptima entre la
posición del sensor y el centro de un actuador es de 50 unidades de pared. Mediante el
sistema de control utilizado se obtuvo una disminución de resistencia del 3,1% . Además se
ha observado una sensible disminución de la producción de vorticidad y en consecuencia
una disminución de la energía asociada a los torbellinos. |
