Análise de causalidade Granger linear e não linear de fluxos turbulentos em dutos

Resumo Esta pesquisa foca na identificação e análise de causalidade de estruturas coerentes que surgem em fluxos turbulentos em dutos quadrados e retangulares. Estruturas coerentes são primeiro identificadas a partir de dados de simulação numérica direta via decomposição ortogonal adequada (POD), tanto usando todos os componentes de velocidade, quanto após separar os componentes longitudinais e secundários do fluxo. As relações causais entre os coeficientes de modo são analisadas usando análise de causalidade Granger condicional por pares. Também formulamos uma análise de causalidade Granger não linear que pode considerar interações não lineares entre modos. Focando em estruturas constantes ao longo do comprimento dentro de um duto de extensão longitudinal curta, mostramos que as relações causais são altamente sensíveis a considerar se os coeficientes de modo ou seus valores quadrados são considerados, se os efeitos não lineares são explicitamente levados em conta, e se as estruturas de fluxo longitudinal e secundário são separadas antes das análises de causalidade. Aproveitamos essas sensibilidades para determinar que mecanismos lineares sustentam relações causais entre modos que compartilham as mesmas propriedades de simetria ou antissimetria em relação ao bissetor do canto, enquanto os efeitos não lineares governam as interações causais entre modos simétricos e antissimétricos. Em todos os casos, encontramos que as flutuações do fluxo secundário (manifestando-se como estruturas vorticiais longitudinais) são a principal causa tanto da presença quanto do movimento de estrias próximas à parede em direção e afastamento dos cantos do duto.