Título
Dinámica de un flujo de corte en un dominio cerrado rectangular
Dynamics of a shear flow in a closed rectangular domain
Autor
Alfredo Samuel González Vera
Colaborador
Luis Zavala Sansón (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
La dinámica de un flujo de corte continuamente forzado en un dominio cerrado es estudiada mediante experimentos de laboratorio y simulaciones numéricas. Los flujos de corte se presentan con frecuencia en lo océanos y en la atmósfera a diferentes escalas, por lo que su estudio es de amplio interés para la mecánica de fluidos geofísicos. Los experimentos fueron llevados a cabo en tanques rectangulares con una capa delgada de fluido conductor forzado electromagnéticamente. El forzamiento fue diseñado para generar dos flujos paralelos, con la misma magnitud pero con dirección opuesta. La distribución y comportamiento de las estructuras coherentes formadas por el flujo de corte son investigados al cambiar las dimensiones del dominio (utilizando tanques de diferente razón de aspecto) y al variar la magnitud del forzamiento con el que se induce el movimiento. La evolución inestable del flujo generó remolinos intensos a lo largo de su eje con circulación del mismo signo que la del corte (positiva). Una serie de vórtices con vorticidad negativa de menor intensidad y tamaño fueron formados debido a la interacción con las fronteras. En todos los experimentos, la evolución temporal de variables globales (energía cinética y enstrofía) mostró una oscilación cuasi-regular cuya frecuencia dependió de la intensidad del forzamiento. Simulaciones numéricas basadas en un modelo de dos dimensiones reprodujeron los principales resultados experimentales, lo cual indicó el carácter bidimensional de la dinámica del flujo. En particular, los resultados numéricos confirmaron las auto-oscilaciones del sistema, las cuales se debieron a la alternante orientación relativa de los remolinos semi-elípticos (con vorticidad positiva) con respecto al forzamiento. Las oscilaciones temporales de las variables globales muestran que no se establece un balance entre la inyección de energía proporcionada por el continuo forzamiento y la disipación viscosa, sino que el sistema tiene la capacidad de ganar y ceder energía dependiendo del tamaño y disposición de las estructuras formadas durante su evolución inestable. El presente trabajo demuestra la presencia de este mecanismo de auto-regulación, el cual ha tenido escasa atención en estudios anteriores.
The dynamics of a continuously forced shear flow in a closed domain is studied by means of laboratory experiments and numerical simulations. Shear flows are frequently present in the oceans and the atmosphere at diferent scales, and therefore its study is of importance to geophysical fluid mechanics. The experiments were carried out in rectangular tanks with an electromagnetically forced, shallow conducting fluid. The forcing was designed to generate two parallel flows, with the same magnitude but opposite direction. The distribution and behavior of the coherent structures formed by the shear flow are investigated by changing the dimensions of the domain (using tanks of diferent aspect ratio) and by varying the magnitude of the forcing by which the movement is induced. The evolution of the unstable flow generated intense eddies along its axis with a circulation of the same sign as that of the shear (positive). A series of vortices with negative vorticity of lower intensity and size were formed due to the interaction with the boundaries. In all of the experiments, the temporal evolution of global variables showed a quasi-regular oscillation whose frequency depended on the strength of the forcing. Numerical simulations based on a two dimensional model reproduced the main experimental results, which indicated the bi-dimensional character of the flow dynamics. In particular, the numerical results confirmed the presence of auto-oscillations in the system, which were caused by the alternating relative orientation of the semi-elliptical vortices (with positive vorticity) with respect to the forcing. The temporal oscillations of the global variables show that a balance between the injection of energy provided by the continuous forcing and the viscous dissipation is not established, instead the system has the capacity to gain and yield energy depending on the size and disposition of the structures formed during its unstable evolution. The present thesis shows the presence of this auto-regulation mechanism, which has had scarce attention in past studies.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2014
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
González Vera, A. S.2014.Dinámica de un flujo de corte en un dominio cerrado rectangular . Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 76 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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