Modos oblíquos e paralelos de desprendimento de vórtices na esteira de um cilindro circular em números de Reynolds baixos

Duass características fundamentais da esteira do cilindro em baixo número de Reynolds, que envolveram considerável debate, são, em primeiro lugar, a existência de descontinuidades na relação entre o número de Strouhal e o número de Reynolds, e em segundo lugar, o fenômeno do desprendimento oblíquo de vórtices. O presente artigo mostra que ambas essas características da esteira estão diretamente relacionadas entre si, e que ambas são influenciadas pelas condições de contorno nas extremidades do cilindro, mesmo para extensões de centenas de diâmetros de comprimento. Descobriu-se que existe uma descontinuidade de Strouhal, que não se deve a nenhum dos mecanismos previamente propostos, mas sim é causada por uma transição de um modo de desprendimento oblíquo para outro modo oblíquo. Essa transição é explicada por uma mudança de um modo onde o fluxo central sobre a extensão combina com as condições de contorno finais para um onde o fluxo central não consegue corresponder às condições finais. Neste último caso, espectros quase periódicos das flutuações de velocidade aparecem; estes são devidos à presença de células de extensão de diferentes frequências. Durante períodos em que vórtices em células vizinhas se movem fora de fase um com o outro, ‘deslocações de vórtices’ são observadas, e estão associadas a um entrelaçamento de vórtices bastante complexo entre as células. No entanto, ao manipular as condições de contorno finais, o desprendimento paralelo pode ser induzido, o que resulta em uma curva de Strouhal completamente contínua. Também é universal no sentido de que os dados de Strouhal de desprendimento oblíquo (S θ) podem ser colapsados na curva de Strouhal de desprendimento paralelo (S 0) pela transformação, S 0 = S θ /cosθ, onde θ é o ângulo de desprendimento oblíquo. Uma estreita concordância entre medições em duas instalações claramente diferentes confirma a natureza contínua e universal desta curva de Strouhal. Acredita-se que o caso de desprendimento paralelo representa um desprendimento verdadeiramente bidimensional, e uma comparação dos dados de frequência de Strouhal é feita com várias simulações numéricas bidimensionais, resultando em uma grande disparidade que não é claramente compreendida. Os modos oblíquos e paralelos de desprendimento de vórtices são intrínsecos ao fluxo sobre um cilindro e são simplesmente soluções para problemas diferentes, porque as condições de contorno são diferentes em cada caso.