Condições de contorno não reflexivas para simulação numérica de alta ordem de instabilidade de Kelvin-Helmholtz em escoamento compressível

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Jhonatan Andrés Aguirre Manco
• Orientador(a): Márcio Teixeira de Mendonça
• Banca de defesa: Fernando Fachini Filho, Leandro Franco de Souza
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Combustão e Propulsão
• País: BR
• Resumo em Inglês: The direct numerical simulation of hydrodynamic stability problems and aeroacoustics requires the use of low dispersion, low dissipation numerical methods. Another source of errors that may destroy the numerical results are associated with reflections of outgoing waves at the boundaries of the domain. There are many approaches in the literature used to avoid this problem such as the used of buffer domains associated with grid stretching or the method of characteristics when compressible flows are considered. The present investigation considers the use of the perfectly matched layer (PML) technique on a high order finite difference compressible flow solver. The PML technique will be evaluated for the simulation of compressible mixing layer inviscid Kelvin-Helmholtz instability. The performance of the PML technique will be compared to the performance of other boundary condition techniques in terms of effectiveness and computational cost, for different problems. Finally a stability study of the mixed layer modified by jets and wakes is performed, using the best type of boundary condition evaluated in this dissertation.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/11.27.17.14

A simulação numérica direta de problemas de estabilidade hidrodinâmica e aerocústica requer do uso de métodos numéricos de baixa dispersão e baixa dissipação. Outra fonte de erros que pode destruir os resultados das simulações numéricas está associada com as reflexões das ondas que saem do domínio. Existe na literatura uma grande quantidade de métodos para eliminar as reflexões nas fronteiras tal como a zona de amortecimento ou condições de fronteira baseadas nas equações características, quando um escoamento compressível é considerado. Esta dissertação considera o uso da metodologia da camada perfeitamente ajustada (PML, de suas siglas em inglês) com uso de esquemas de diferenças finitas e temporais para a solução de escoamentos compressíveis. A técnica PML será avaliada para a simulação de uma camada de mistura para o desenvolvimento da instabilidade de Kelvin-Helmholtz em regime compressível. A PML será compara em relação a outros métodos de condições de fronteira em termos da efetividade e a eficiência computacional para diferentes problemas. Finalmente um estudo de estabilidade da camada de mistura modificada por escoamentos do tipo jatos e esteiras é realizado, usando o melhor tipo de condição de fronteira avaliado nesta dissertação.