Simulación numérica directa y análisis de modos de flujo de transición turbulenta en un canal de ala de compresor

Se investiga la separación y transición turbulenta del flujo en un canal de ala de compresor mediante simulaciones numéricas directas (DNS) a un número de Reynolds de 1.367 × 105. Basado en los datos originales de DNS, se analizan ampliamente tanto las estadísticas promedio en el tiempo como las estructuras de vórtices instantáneas del campo de flujo. Los vórtices se visualizan y estudian mediante el método Liutex, y se aplica la descomposición de modo dinámico de streaming (SDMD), una variante de bajo almacenamiento de la DMD convencional, a los grandes conjuntos de datos obtenidos en los lados de presión y succión. La magnitud física analizada con SDMD es la magnitud Liutex R. Los resultados de DNS indican que la separación del flujo ocurre en ambos lados de la ala. En la superficie de presión, la separación es débil y el flujo permanece en una transición natural dominada por inestabilidades viscosas de Tollmien–Schlichting. En contraste, debido a la presencia de una gran burbuja de separación laminar, el flujo experimenta una transición de separación gobernada por inestabilidades invisibles de Kelvin–Helmholtz en la superficie de succión. Los resultados de SDMD sugieren que existe un amplio rango de frecuencias de vórtices en el flujo de transición, y la escala de las estructuras espaciales está negativamente correlacionada con la frecuencia del modo. En la superficie de presión, los modos extraídos de SDMD están principalmente relacionados con enrollamientos de Kelvin–Helmholtz, mientras que en el lado de succión, influenciado por la capa límite separada, las estructuras modales exhiben una mayor diversidad.