Study of the flow around a square cylinder with an upstream splitter plate

Abstract

(English) This PhD mostly focuses in studding the flow around a square cylinder with an upstream splitter plate and considering different velocity ratios between the upper and lower inlet velocities. The PhD is based in three main studies:

1.-The flow instabilities, involving the transition from two dimensional to three dimensional flow, the Hopt, Neimark Sacker bifurcations as well as the road to chaos, all of them were determined as a function of the velocity ratio. A parametric study was also performed involving the instabilities performance as a function of the splitter plate length and the distance splitter plate square cylinder.

2.-Two dimensional and full three dimensional CFD-DNS simulations were undertaken to find out the wake topology and aerodynamic performances such as, dynamic lift, drag, pressure and friction coefficients, Strouhal numbers, boundary layer dynamics as well as the different instability modes.

3.- Wake past circular cylinder has been investigated to characterize the three-dimensional instability in the transitional regime when the boundary layer over the cylinder surface is laminar and shear layer separating the surface undergoes intermittently unstable displacements which manifests in the form of small time and length scale vortical structures. The wake in this flow regime is modestly turbulent and the streamwise velocity profiles across the flow stream feature typical U-shape profile.

(Català) Aquest Doctorat es centra en el estudi del flux al voltant de un cilindre quadrat que te aigües amunt un plat horitzontal i centrat en el eix del cilindre. El fluid te diferents velocitats al lliscar per damunt i sota del plat horitzontal, aquest rati de velocitats l'anomenem velocity ratio R. El doctorat es basa en tres estudis principals realitzats via simulacions computacionals tipus Direct Numerical Simulations (DNS).

1.- Estudi de les inestabilitats associades al flux en funció del rati de velocitats R. La transició de flux bidimensional a tridimensional, les bifurcacions tipus, Hopt, Neimark Sacker bifurcations així com el camí cap a flux caòtic, han sigut avaluades inicialment. S'ha portat a terme un estudi paramètric per tal d'analitzar les inestabilitats del flux en funció de la llongitud del plat horitzontal i de la distància entre el plat i el cilindre quadrat.

2.- Tot un col.lectiu de simulacions bidimensionals i tridimensionals, han sigut realitzades per tal d'obtenir les diverses topologies del flux a l'estela del cilindre cuadrat, així com el comportament aerodinamic del cos, els coeficients dinamics de sustentació, arrastre, de pressió i d'esforços tallants han sigut obtinguts per tots els ratis de velocitats estudiats. El número de Strouhal i el comportament dinàmic de les capes limit damunt i sota del cilindre, han sigut analitzats per cada cas.

3.- Les estructures vorticulars que apareixen aigües avall de un cilindre circular, han sigut estudiades per tal de caracteritzar les inestabilitats tridimensionals transitòries que apareixen quan la capa limit sobre el cilindre es laminar i la capa de tall està sotmesa a desplaçaments intermitents que es manifesten en forma de estructures vorticulars amb dependència espacial i temporal. Les estructures espacials que apareixen aigües avall son lleugerament turbulentes i la velocitat en direcció axial avaluada vers un eix vertical pren la forma típica de U.