ESTUDIO NUMÉRICO DE LA RECEPTIVIDAD EN LA CAPA LÍMITE DE REJILLAS DE ÁLABES UTILIZANDO CRITERIOS DE VORTICIDAD / Numerical Study of Boundary Layer Receptivity of Airfoil Cascade Using Vorticity Criteria

Resumen

El presente trabajo estudia el inicio de la transición del flujo laminar al flujo turbulento, fenómeno denominado receptividad, en la capa límite de rejillas de álabes. El estudio se realiza partiendo de la solución o simulación numérica directa (SND) de la ecuación reconservación de momentum lineal y la ecuación de continuidad, para analizar el decrecimiento de la capacidad de transporte de vorticidad en la dirección del flujo, la dependencia de la vorticidad del gradiente de presión local, la creación y destrucción de la vorticidad y la relación de estos fenómenos con la receptividad dentro de la capa límite. El estudio abarca la consideración de la receptividad bajo condiciones de flujo imperturbado y bajo la influencia de perturbaciones temporales superpuestas al flujo. Las propiedades del campo de vorticidad se obtienen mediante la manipulación matemática de los datos de presión y velocidad obtenidos punto a punto a partir de la SND. De allí resulta que el fenómeno de transición se evidencia claramente en la variable vorticidad, especialmente en el cambio de longitud de onda que sufre esta señal dentro de la capa límite, así como también en el desprendimiento de “bolsas” de vorticidad aguas abajo del canal inter-álabes, para el caso imperturbado como el perturbado bajo el régimen super-crítico, mientras que para el régimen sub-crítico no se evidencian cambios relevantes en la variable vorticidad.

ABSTRACT

Receptivity is the beginning of the transition phenomenon between laminar and turbulent flow. Direct Numerical Simulation (DNS) approach is used to solve the momentum and continuity equations in the domain. The purpose of the study is to characterize the decrement of the transport of vorticity in the flow direction, the dependence relationship of vorticity and the pressure gradient, the creation and destruction of vorticity and the relation between those phenomena and the receptivity inside the boundary layer. The study covers considerations related to different conditions as normal flow and perturbed flow with time dependent signals superimposed to the normal flow. The characterization of the vorticity field in the domain is product of the mathematical analysis of the pressure and velocity field in every location of the domain. For both cases, the normal flow and the perturbed flow conditions corresponding to the super-critic flow condition, the results show the receptivity phenonmenon is clearly represented by the vorticity parameter, especially in the change of the wavelength that vorticity suffers inside the boundary layer, as well as, the detached of some structure of vorticity from the airfoil surface in the inter channel section. However, in sub-critic flow condition neither normal nor perturbed flows do not show any relevant change in the behaviour of the vorticity parameter.Keywords: Vorticity, Receptivity, Boundary layer, SND.