Análise de estabilidade linear do escoamento de um fluido do tipo Giesekus: camada limite e bolha de separação laminar

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Carreira, Beatriz Liara
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Análise biglobal; Biglobal analysis; Bolhas de separação laminar; Boundary layer; Camada limite; Fluido Giesekus; Giesekus fluid; Laminar separation bubbles; Linear stability theory; Teoria de estabilidade linear
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-17032025-140244/

O processo de mudanças que acomete o escoamento laminar, levando-o ao regime turbulento é conhecido como transição laminar-turbulento e a análise da estabilidade hidrodinâmica é realizada com o objetivo de prever essas mudanças. Neste contexto, o presente trabalho investiga a estabilidade hidrodinâmica em duas configurações de escoamentos bidimensionais, isotérmicos e incompressíveis: o primeiro deles consiste em uma camada limite sobre placa plana, e o outro consiste em bolhas de separação laminar, originadas da separação da camada limite sujeita a um gradiente de pressão adverso. Em ambos os casos o modelo viscoelástico Giesekus é utilizado para descrever o comportamento não-Newtoniano do fluido. Na camada limite, perturbações de pequena amplitude podem gerar as ondas de Tollmien-Schlichting que podem se amplificar gradualmente e interagir não linearmente com outras ondas, levando à transição para turbulência. Já em bolhas de separação, o fenômeno de transição entre regimes do escoamento pode ser desencadeado pelo crescimento de instabilidades que alteram a dinâmica do escoamento. Em ambos os casos a análise de estabilidade é realizada com base na Teoria de Estabilidade Linear. Através de uma análise local em cada perfil de solução da camada limite bidimensional, são obtidas as taxas de amplificação espaciais na camada limite viscoelástica. No caso das bolhas de separação laminar, uma investigação temporal das instabilidades é realizada por meio de uma análise dos modos próprios globais, mais especificamente usando uma técnica biglobal. A aplicação dessas abordagens podem ser representadas matricialmente, caracterizando um problema de autovalor generalizado que governa a evolução das perturbações, onde os autovalores indicam o crescimento e a frequência das perturbações, enquanto os autovetores descrevem a estrutura espacial dessas instabilidades. Neste contexto, este trabalho consiste em analisar os mecanismos de instabilidades presentes na camada limite e em bolhas de separação laminar de um fluido não-Newtoniano modelado por Giesekus. A obtenção dos escoamentos base ocorre por meio de uma simulação numérica espacial de alta ordem, e o estudo investiga como o comportamento não-Newtoniano do fluido é capaz de impactar no amortecimento ou amplificação das perturbações.