Optimización no lineal variacional en dinámica de fluidos: el caso de un flujo en un canal con paredes superhidrofóbicas
Autores: Cherubini, Stefania; Picella, Francesco; Robinet, Jean-Christophe
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
No lineal
Optimización
Crecimiento de energía
Mecanismos
Superficies superhidrofóbicas
Perturbaciones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
La optimización variacional ha sido aplicada recientemente a sistemas no lineales con muchos grados de libertad como los flujos de corte que experimentan la transición a la turbulencia. Esta técnica ha revelado mecanismos de crecimiento de energía poderosos capaces de producir estructuras coherentes típicas actualmente observadas en la transición y la turbulencia. Sin embargo, aún no está claro en qué medida estos mecanismos de crecimiento de energía óptima no lineales son robustos con respecto a perturbaciones externas o imperfecciones en la pared. Dentro de este marco, este trabajo tiene como objetivo investigar cómo las nano-rugosidades, como las de las superficies superhidrofóbicas, afectan a los mecanismos de crecimiento de energía óptima que dependen de la no linealidad. Se han llevado a cabo optimizaciones no lineales en un flujo de canal con fronteras de no deslizamiento y deslizantes, imitando la presencia de superficies superhidrofóbicas. Para una longitud de deslizamiento creciente, el umbral de energía para obtener perturbaciones óptimas no lineales tipo horquilla aumenta ligeramente, escalando aproximadamente con independientemente de la longitud de deslizamiento. La ganancia de energía correspondiente aumenta con una pendiente que disminuye con la longitud de deslizamiento, siendo casi la mitad para el mayor deslizamiento y número de Reynolds considerados. Esto sugiere un fuerte efecto del deslizamiento en la frontera sobre el crecimiento de energía de estas perturbaciones. Aunque la energía disminuye considerablemente, la forma de la perturbación óptima apenas cambia, lo que indica la robustez de las perturbaciones óptimas con respecto al deslizamiento en la pared.
Descripción
La optimización variacional ha sido aplicada recientemente a sistemas no lineales con muchos grados de libertad como los flujos de corte que experimentan la transición a la turbulencia. Esta técnica ha revelado mecanismos de crecimiento de energía poderosos capaces de producir estructuras coherentes típicas actualmente observadas en la transición y la turbulencia. Sin embargo, aún no está claro en qué medida estos mecanismos de crecimiento de energía óptima no lineales son robustos con respecto a perturbaciones externas o imperfecciones en la pared. Dentro de este marco, este trabajo tiene como objetivo investigar cómo las nano-rugosidades, como las de las superficies superhidrofóbicas, afectan a los mecanismos de crecimiento de energía óptima que dependen de la no linealidad. Se han llevado a cabo optimizaciones no lineales en un flujo de canal con fronteras de no deslizamiento y deslizantes, imitando la presencia de superficies superhidrofóbicas. Para una longitud de deslizamiento creciente, el umbral de energía para obtener perturbaciones óptimas no lineales tipo horquilla aumenta ligeramente, escalando aproximadamente con independientemente de la longitud de deslizamiento. La ganancia de energía correspondiente aumenta con una pendiente que disminuye con la longitud de deslizamiento, siendo casi la mitad para el mayor deslizamiento y número de Reynolds considerados. Esto sugiere un fuerte efecto del deslizamiento en la frontera sobre el crecimiento de energía de estas perturbaciones. Aunque la energía disminuye considerablemente, la forma de la perturbación óptima apenas cambia, lo que indica la robustez de las perturbaciones óptimas con respecto al deslizamiento en la pared.